Santa Casa 2018 — questão 70 de Física
Enunciado em texto
Uma espira metálica quadrada de lado L move-se com velocidade constante e atravessa uma região de comprimento 3L onde atua um campo magnético constante , perpendicular ao plano da figura e com sentido para dentro dela.
[Figura: à esquerda, a espira quadrada de lado L, com o lado da direita destacado em vermelho, move-se para a direita com velocidade . À frente dela, uma região retangular cheia de símbolos “×” (campo entrando no plano), que vai de x = 0 a x = 3L num eixo x horizontal desenhado embaixo. Ao lado da região, uma seta curva indicada por “i” e “+” mostra o sentido positivo da corrente: horário.]
Considerando o sentido positivo para a corrente e o eixo x indicados na figura, o gráfico que representa a intensidade da corrente elétrica induzida na espira em função da posição (x) de seu lado vermelho é o indicado em
(A) [Gráfico: curva suave em forma de onda: parte de zero em x = 0, desce até um mínimo negativo em x = L, sobe passando por zero em 2L, atinge um máximo positivo em 3L e volta a zero em 4L.]
(B) [Gráfico: a mesma sequência, com segmentos de reta: zero em x = 0, mínimo negativo em L, zero em 2L, máximo positivo em 3L e zero em 4L.]
(C) [Gráfico: valor negativo constante de x = 0 a x = L; zero de L a 3L; valor positivo constante, de mesmo módulo, de 3L a 4L.]
(D) [Gráfico: começa num valor negativo em x = 0 e sobe em linha reta até zero em L; zero de L a 3L; sobe em linha reta de zero, em 3L, até um valor positivo em 4L.]
(E) [Gráfico: valor negativo constante de x = 0 a x = L; sobe em linha reta de L a 3L, passando por zero em 2L; valor positivo constante de 3L a 4L.]
(Enunciado e figura: Vestibular Santa Casa 2018, Prova de Conhecimentos Gerais — FCMSCSP/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Ciências Médicas da Santa Casa de São Paulo (FCMSCSP) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: como a corrente induzida na espira varia enquanto ela entra, atravessa e sai do campo.
Passo 1 — só há corrente quando o fluxo varia. Pela lei de Faraday, a força eletromotriz induzida depende da variação do fluxo magnético pela espira. Quando um lado de comprimento L está dentro do campo e o outro fora, a área dentro do campo muda a uma taxa constante (L·v), e:
Com v constante, a corrente, quando existe, tem intensidade constante.
Passo 2 — entrando (0 < x < L). O lado vermelho já entrou, o resto não. O fluxo “para dentro” aumenta. Pela lei de Lenz, a corrente induzida cria um campo para fora do plano, dentro da espira, o que exige corrente no sentido anti-horário: oposto ao positivo da figura. Corrente negativa e constante.
Passo 3 — inteira dentro do campo (L < x < 3L). Com o lado vermelho entre L e 3L, o lado de trás está entre 0 e 2L: a espira está toda dentro da região. O fluxo é constante, então não há corrente.
Passo 4 — saindo (3L < x < 4L). O lado vermelho já saiu, e o fluxo para dentro diminui. A corrente induzida tenta repor esse fluxo, criando campo para dentro do plano: sentido horário, o positivo. Corrente positiva e constante, de mesmo módulo.
Passo 5 — juntar: negativa constante, zero, positiva constante. É o gráfico (C).
Por que não as outras: (A), (B) e (D) têm corrente variando com a posição, o que exigiria velocidade ou campo variando; aqui os dois são constantes. (A), (B) e (E) ainda mostram corrente entre L e 3L, quando a espira está inteira no campo e o fluxo não muda.
⚠️ A armadilha: achar que a espira dentro do campo tem corrente (alternativas A, B e E). Corrente induzida não vem do campo em si, vem da variação do fluxo: com a espira toda imersa num campo uniforme, nada varia.
A ideia em uma frase: corrente induzida só existe enquanto o fluxo muda: ao entrar ela se opõe ao aumento, ao sair se opõe à diminuição, e com a espira toda dentro ela some.
Resposta: alternativa C.
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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