PUC-SP 2022 (Parte B) — questão 6 de Física
Enunciado em texto
(Figura: esquema de um motor elétrico simples. Entre o polo N (à esquerda, azul) e o polo S (à direita, cinza) de um ímã, o campo aponta de N para S. Entre os polos há uma espira retangular, com seu plano paralelo a ; os terminais da espira chegam a um "Anel metálico dividido em duas metades", em que encostam contatos marcados + e −, ligados por "Fios ligados aos pólos de um gerador de corrente contínua".)
A figura esquematizada ilustra uma espira retangular imersa num campo magnético uniforme com seu plano paralelo ao vetor indução magnética (B). Se, nessa configuração, removermos o anel metálico comutador e ligarmos os fios do gerador de corrente continua diretamente na espira, o resultado obtido será que:
(Enunciado e figura: Vestibular PUC-SP 2022 — PUC-SP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP).
Resolução comentada
O que a questão pede: o que acontece com a espira se ela for ligada direto ao gerador de corrente contínua, sem o comutador (o anel partido) que normalmente inverte a corrente a cada meia volta.
Passo 1 — o torque na posição da figura. Com o plano da espira paralelo a , os dois lados perpendiculares ao campo recebem forças magnéticas () de sentidos opostos (um para cima, outro para baixo). Esse binário produz o torque máximo, e a espira começa a girar.
Passo 2 — sem comutador, a corrente nunca inverte. Ao girar, a espira chega à posição em que seu plano fica perpendicular a . Ali as forças passam a puxar na mesma linha e o torque é nulo: é a posição de equilíbrio. Por inércia a espira passa dessa posição, mas, como a corrente continua no mesmo sentido, as forças agora produzem um torque contrário, que a freia e a traz de volta.
Passo 3 — o movimento resultante. A espira passa a ir e voltar em torno da posição de equilíbrio (plano perpendicular a B): um movimento oscilatório. Com atrito, a oscilação vai diminuindo até a espira parar nessa posição.
Por que o comutador existe: o anel dividido em duas metades inverte o sentido da corrente na espira exatamente quando ela passa pela posição de torque nulo. Assim o torque mantém sempre o mesmo sentido de rotação e o motor gira continuamente.
⚠️ A armadilha: responder que a espira gira continuamente "porque a corrente é contínua". Corrente contínua num motor sem comutador não gera rotação contínua; é justamente o comutador que transforma o vaivém em rotação.
A ideia em uma frase: sem o comutador, o torque troca de sentido a cada meia volta e a espira só balança em torno da posição em que seu plano fica perpendicular ao campo.
Resposta: a espira passará a executar um movimento oscilatório (vai e volta em torno da posição em que seu plano fica perpendicular a ), em vez de girar continuamente.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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