UEA 2019 (SIS, 3ª série) — questão 45 de Física
Enunciado em texto
Em uma demonstração sobre os princípios da eletricidade, um professor colocou um eletroscópio de folhas descarregado no interior de uma esfera metálica oca e neutra e, utilizando um fio condutor, o conectou ao interior da esfera, conforme representado na figura.
[Figura: corte de uma esfera metálica oca com uma abertura no alto. Dentro dela, um eletroscópio de folhas; um fio liga a esfera do topo do eletroscópio (ponto B) à superfície interna da esfera metálica. A indica um ponto da superfície interna da esfera metálica; C indica um ponto da superfície externa. Acima, do lado de fora, a esfera condutora P, com carga positiva, presa à ponta de um bastão isolante.]
A demonstração consistiu em observar como se comportavam as folhas do eletroscópio quando o professor encostava uma esfera condutora P, mantida sempre positivamente eletrizada e fixa em um bastão isolante, nos pontos A, B e C. A demonstração seguiu os seguintes passos consecutivos:
• passo 1: a esfera P encosta no ponto A
• passo 2: a esfera P encosta no ponto B
• passo 3: a esfera P encosta no ponto C
Ao observar os passos 1, 2 e 3, o professor constatou que as folhas do eletroscópio
(A) se afastaram em todas as situações.
(B) se afastaram, não se afastaram e não se afastaram, respectivamente.
(C) não se afastaram, se afastaram e não se afastaram, respectivamente.
(D) não se afastaram, não se afastaram e se afastaram, respectivamente.
(E) não se afastaram em todas as situações.
(Enunciado e figura: SIS UEA 2019, Prova de Acompanhamento III — UEA/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade do Estado do Amazonas (UEA) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: se as folhas do eletroscópio abrem quando a esfera positiva P toca a parte interna da esfera oca (A), o próprio eletroscópio (B) e a parte externa (C).
Passo 1 — um condutor só. O fio liga o eletroscópio à parede interna da esfera metálica. Então esfera oca, fio e eletroscópio formam um único condutor, e o eletroscópio está dentro da cavidade desse condutor.
Passo 2 — onde fica a carga em equilíbrio. Num condutor em equilíbrio eletrostático, as cargas em excesso se repelem e vão para a superfície externa, e o campo elétrico na cavidade é nulo (se não houver carga isolada lá dentro). É a blindagem eletrostática, a gaiola de Faraday. As partes que ficam dentro da cavidade, inclusive o eletroscópio e suas folhas, ficam sem carga.
Passo 3 — os três passos. Em cada passo, P toca algum ponto desse condutor único e lhe passa carga positiva. Não importa onde o toque acontece: em A (parede interna), em B (no próprio eletroscópio) ou em C (parede externa), a carga recebida se redistribui e vai toda para a superfície externa da esfera oca. As folhas não recebem carga e não se afastam em nenhum dos passos.
⚠️ A armadilha: achar que, no passo 2, tocar diretamente o eletroscópio faria as folhas abrirem (alternativa C). Isso aconteceria com um eletroscópio isolado; aqui ele está ligado à esfera oca, e a carga escoa para a superfície externa, a mais afastada possível. Essa é a experiência do “balde de gelo” de Faraday.
A ideia em uma frase: carga em excesso num condutor vai para a superfície externa; o que está dentro da cavidade e ligado a ele fica descarregado.
Resposta: alternativa E (não se afastaram em nenhuma situação).
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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