UEM 2023 (PAS, etapa 3) — questão 13 de Física
Enunciado em texto
Considere três ímãs idênticos cujos centros estão presos aos vértices de um triângulo equilátero no plano desta prova, conforme a figura a seguir. Podemos selecionar isoladamente qual(is) desses ímãs terá(ão) liberdade para girar espacialmente em qualquer direção, porém nenhum pode transladar seu centro.
[Figura: três ímãs em forma de agulha, idênticos, com os centros nos vértices de um triângulo equilátero tracejado (vértice 1 no alto à esquerda, vértice 2 no alto à direita, vértice 3 embaixo). Os ímãs estão alinhados com as retas que passam pelo centro do triângulo: o ímã 1 tem o polo S para fora e o polo N voltado para o centro do triângulo; o ímã 2 tem o polo S voltado para o centro e o N para fora; o ímã 3 tem o polo S para cima (voltado para o centro) e o N para baixo (para fora).]
Assinale o que for correto.
(01) Desconsidere o ímã 3 e suponha os ímãs 1 e 2 livres para girar. No equilíbrio, os ímãs 1 e 2 se acomodam de tal forma que seus polos sul ficarão na menor distância possível.
(02) Caso apenas o ímã 1 esteja livre para girar, ele se alinhará no equilíbrio com seu polo norte orientado para o centro do triângulo.
(04) Despreze a interação entre os ímãs e insira um fio condutor infinito à direita deles no plano da figura. Após manter uma corrente elétrica constante no fio, de baixo para cima, os três ímãs (quando livres para girar) atingirão o equilíbrio quando seus polos norte estiverem saindo da página.
(08) Despreze a interação entre os ímãs e considere que eles estão dentro de um solenoide cujo eixo está alinhado perpendicularmente à figura. Se uma corrente elétrica constante percorrer o solenoide, os três ímãs (quando livres para girar) atingirão o equilíbrio ao se orientarem paralelamente ao eixo do solenoide.
(16) Considere que os ímãs (quando livres para girar) se encontram em uma configuração espacial de equilíbrio na ausência de campo magnético externo. Essa mesma configuração de equilíbrio será mantida na presença de campo magnético externo uniforme.
(Enunciado e figura: PAS UEM 2023, etapa 3 — 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: prever como ímãs livres para girar se orientam, sob o campo de outros ímãs, de um fio e de um solenoide.
Regra geral: um ímã livre para girar (como a agulha de uma bússola) fica em equilíbrio estável com o polo norte apontando no sentido do campo magnético no local.
(01) Falsa. Polos de mesmo nome se repelem. Dois ímãs livres se alinham ao longo da reta que liga seus centros, “em fila”, com o polo norte de um voltado para o polo sul do outro. Os dois polos sul ficariam o mais longe possível, não o mais perto.
(02) Verdadeira. Os ímãs 2 e 3 estão com o polo S voltado para o centro do triângulo. Perto de um polo S, as linhas de campo entram nele; por simetria (os dois estão dispostos de forma simétrica em relação à reta que vai do vértice 1 ao centro), o campo que eles criam no vértice 1 fica sobre essa reta e aponta para o lado do centro. O ímã 1 alinha seu norte com o campo: voltado para o centro. (É a posição em que ele já está desenhado.)
(04) Verdadeira. Com a corrente subindo e os ímãs à esquerda do fio, a regra da mão direita (polegar para cima, dedos envolvendo o fio) dá, do lado esquerdo do fio, campo saindo da página. Os polos norte se alinham com ele.
(08) Verdadeira. Dentro do solenoide, o campo é uniforme e paralelo ao eixo. Com o eixo perpendicular à figura, os ímãs giram até ficarem paralelos a esse eixo (norte no sentido do campo).
(16) Falsa. Um campo externo uniforme exerce torque sobre cada ímã que não esteja alinhado com ele (). Em geral, a configuração anterior deixa de ser equilíbrio, e os ímãs giram para se reorientar.
⚠️ A armadilha: na (04), aplicar a regra da mão direita do lado errado do fio. O campo do fio circula em volta dele: entra na página de um lado e sai do outro.
A ideia em uma frase: um ímã livre para girar é uma bússola: o polo norte aponta no sentido do campo local, seja ele de outros ímãs, de um fio ou de um solenoide.
Resposta: soma 14 (02 + 04 + 08).
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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