Santa Casa 2027 — questão 70 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: três coisas ao mesmo tempo, e a alternativa certa precisa acertar as três. Vamos uma a uma — e note que cada uma delas sozinha já elimina alternativas.

Exigência 1 — para onde apontam as linhas do ímã. Fora de um ímã, as linhas de indução saem do polo norte e entram no polo sul. O ímã desce com o N para baixo, então, na região abaixo dele, as linhas apontam para baixo, afastando-se do ímã.

Isso derruba (B) e (D), que desenham as linhas chegando ao N.

Exigência 2 — o sentido do campo induzido, pela lei de Lenz. Considere a espira de cobre logo abaixo do ímã:

• o campo do ímã atravessa essa espira para baixo;

• o ímã está se aproximando dela, então esse fluxo para baixo aumenta;

• pela lei de Lenz, a corrente induzida se opõe à variação: ela cria um campo que combate o aumento, ou seja, um $\vec{B}_{ind}$ apontando para cima.

$$\Phi \downarrow \text{ e crescendo} \;\Longrightarrow\; \vec{B}_{ind} \uparrow$$

Isso derruba (A) (que já havia sobrevivido à exigência 1, mas põe $\vec{B}_{ind}$ para baixo).

Exigência 3 — o sentido da corrente, pela regra da mão direita. Com o polegar direito apontando para cima (o sentido de $\vec{B}_{ind}$ dentro da espira), os dedos se curvam no sentido anti-horário visto de cima. Essa é a circulação da corrente induzida.

Restavam (C) e (E), as duas com linhas corretas e $\vec{B}_{ind}$ para cima. A (C) desenha a corrente no sentido horário — o que contradiz o seu PRÓPRIO $\vec{B}_{ind}$. Só a (E) tem as três coisas coerentes entre si e com a física.

$$\boxed{\text{alternativa E}}$$

Um comentário sobre como esta questão foi conferida aqui. As cinco alternativas são figuras, não texto — não há número a casar com a resposta. Então as setas foram medidas no arquivo da prova: o vetor $\vec{B}_{ind}$ de cada alternativa foi lido pelas coordenadas do seu traçado (ponto inicial → ponta), e o sentido de $i_{ind}$ foi lido pela posição da ponta da seta curva em relação ao anel. Quando o conferidor de sempre não alcança, troca-se de instrumento — e diz-se qual foi.

A física completa do experimento, que é linda e vale mais que a resposta. Enquanto o ímã cai:

• abaixo dele o fluxo aumenta → corrente induzida que gera um campo para cima → a espira se comporta como um ímã com o norte voltado para cima, e dois nortes frente a frente se repelem: o cobre abaixo empurra o ímã para cima;

• acima dele o fluxo diminui → a corrente inverte → aquela região se comporta como um sul voltado para baixo, e atrai o ímã de volta.

Os dois efeitos freiam a queda, e é por isso que o ímã desce devagar e com velocidade constante. A força de freio é proporcional à velocidade; quando ela iguala o peso, a aceleração cessa — exatamente o "movimento uniforme" do enunciado.

⚠️ Uma frase do enunciado que confunde: "apesar de não haver interação magnética". O que ela quer dizer é que o cobre não é ferromagnético — um ímã não gruda num cano de cobre. A interação que freia o ímã não é com o material, é com as correntes que ele mesmo induz. Não há atração magnética estática; há indução.

E de onde vem a energia que aquece o tubo. Da energia potencial gravitacional do ímã. Ele cai, perde $mgh$, não ganha energia cinética (velocidade constante) — e todo esse $mgh$ vira calor nas paredes do tubo, por efeito Joule. É o mesmo princípio dos freios eletromagnéticos de caminhões e trens, que dissipam energia sem nenhuma peça se tocar, e sem desgaste.

A ideia em uma frase: linhas saem do norte; o fluxo que aumenta gera um campo contrário, para cima; e mão direita com o polegar para cima dá corrente anti-horária vista de cima.

Resposta: alternativa E.