UEM 2018 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 14 de Física
Enunciado em texto
Considere uma espira retangular BCDE situada em um plano paralelo a uma vertical OP, que se encontra entre os polos norte (N) e sul (S) de um ímã em forma de ferradura. Visto de cima, observam-se, em primeiro plano, da esquerda para a direita, o polo S do ímã, o vértice C da espira, o ponto P, o vértice D da espira e o polo N do ímã. Considere que as extremidades A e F do fio constituinte da espira são ligadas a uma bateria, de modo que a corrente elétrica se estabelece no sentido FEDCBA. Considere também que as linhas do campo magnético são retilíneas e ortogonais à vertical OP. Assinale o que for correto.
[Figura: o polo S à esquerda e o polo N à direita (retângulos cinza). Entre eles, a espira retangular no plano do papel: lado superior CD (C à esquerda, D à direita), lados verticais CB (à esquerda) e DE (à direita); B e E, embaixo, ligam-se aos fios que descem até A (à esquerda) e F (à direita). Uma linha vertical tracejada passa pelo meio da espira, do ponto O (embaixo) ao ponto P (em cima, acima do lado CD). Setas marcadas i indicam a corrente subindo de F para E e descendo de B para A.]
Adaptado de: LUZ A. M. R. da; ÁLVARES, B. A. Curso de física. Volume 3. São Paulo: Scipione, 2010, p. 215.
(01) Vista de cima, no sentido de P para O, a espira é forçada a girar no sentido anti-horário.
(02) O ramo CD da espira não fica submetido a uma força magnética.
(04) Se a espira estiver livre para girar, ela atingirá uma posição de equilíbrio após sofrer algumas oscilações de amplitudes cada vez menores em torno da linha vertical OP.
(08) Quanto à tendência de rotação, o fenômeno observado será o mesmo, caso ocorram simultaneamente a troca de posição entre os polos N e S e a inversão do sentido da corrente elétrica.
(16) O princípio de funcionamento dos motores elétricos baseia-se no fato de uma espira condutora de eletricidade tender a girar ao ser imersa em uma região onde existe campo magnético.
(Enunciado e figura: Vestibular UEM 2018 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).
Resolução comentada
O que a questão pede: achar as forças magnéticas nos lados da espira e o giro que elas provocam.
Passo 1 — o campo. Fora do ímã, as linhas vão do polo N para o S: entre os polos, é horizontal, da direita (N) para a esquerda (S), no plano da espira.
Passo 2 — a corrente. No sentido FEDCBA: sobe pelo lado DE (de E para D), vai de D para C no lado de cima e desce pelo lado CB.
Passo 3 — forças (, regra da mão direita):
• lado DE (corrente para cima, campo para a esquerda): força saindo do papel, para o lado de quem olha a figura;
• lado CB (corrente para baixo): força entrando no papel;
• lado CD (corrente para a esquerda, paralela ao campo): força nula.
As duas forças formam um binário que gira a espira em torno do eixo OP: o lado D vem para a frente, o lado C vai para trás.
(01) Falsa. Olhando de cima (de P para O), com a frente da figura embaixo do campo de visão, o lado direito (D) vem para a frente e o esquerdo (C) vai para trás: o giro é no sentido horário.
(02) Verdadeira. No ramo CD a corrente é paralela às linhas de campo (sentido oposto), e .
(04) Verdadeira. Sem comutador, a espira gira até ficar com o plano perpendicular ao campo (posição em que o binário se anula e o equilíbrio é estável). Ela passa dessa posição por inércia, o binário a traz de volta, e ela oscila em torno do eixo OP; com o atrito, as oscilações vão diminuindo até ela parar nessa posição.
(08) Verdadeira. Trocando os polos, inverte; invertendo a corrente, inverte. Com as duas inversões, fica igual: mesmas forças, mesmo giro.
(16) Verdadeira. O motor elétrico usa o binário sobre espiras percorridas por corrente num campo magnético; o comutador inverte a corrente a cada meia volta para manter o giro no mesmo sentido.
⚠️ A armadilha: a (08). Uma inversão sozinha (polos ou corrente) inverte o giro; as duas juntas se cancelam.
A ideia em uma frase: lados da espira perpendiculares ao campo recebem forças opostas, que formam um binário: é o princípio do motor elétrico.
Resposta: soma 30 (02 + 04 + 08 + 16).
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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