UFRGS 2013 — questão 22 de Física
Enunciado em texto
O aumento da concentração populacional nas áreas urbanas impõe o desenvolvimento de transportes de massa mais eficientes. Um candidato bastante promissor para esse trabalho é o trem MAGLEV, abreviatura inglesa de Magnetic Levitation, que significa Levitação Magnética. Diferentemente dos trens convencionais, os trens MAGLEV não possuem motores, sendo assim mais leves, e a principal forma de atrito encontrada durante seu movimento é a resistência do ar, o que lhes permite alcançar velocidades maiores do que 500 km/h.
[Foto: um trem MAGLEV sobre um trilho elevado.]
O princípio de funcionamento é relativamente simples e um dos sistemas em uso, a chamada Suspensão Eletrodinâmica (ou levitação por repulsão), emprega correntes elétricas induzidas em condutores submetidos a fluxos magnéticos variáveis.
A figura abaixo ilustra o processo básico: campos magnéticos intensos, criados por bobinas fixas no trem, induzem forças eletromotrizes variáveis nas bobinas em forma de “8”, fixas nos trilhos. As correntes elétricas resultantes nessas bobinas originam campos magnéticos com polaridades invertidas, conforme mostra a figura a). Assim, as bobinas fixas no trem serão atraídas pelas metades superiores e repelidas pelas metades inferiores das bobinas dos trilhos (figura b), promovendo a levitação.
[Figura a): uma bobina em forma de “8”, com a metade de cima marcada S e a de baixo marcada N, e setas indicando o “Sentido da corrente elétrica induzida”, oposto nas duas metades. Ao lado, o “Ímã fixo no trem” (polo N) passa diante da metade inferior; uma seta tracejada indica a “Direção de passagem do ímã fixo no trem”. Figura b): corte do trem entre as paredes da via; nas paredes, bobinas em “8”; no trem, ímãs. Setas indicam a “Força magnética”, e três setas embaixo do trem apontam para cima.]
Com base na descrição acima, podemos afirmar corretamente que o trem MAGLEV é uma aplicação direta do Eletromagnetismo, em particular da
(A) lei de Coulomb.
(B) lei de Ohm.
(C) lei de Ampère.
(D) lei de Faraday-Lenz.
(E) lei de Biot-Savart.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular UFRGS 2013, Física — UFRGS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Comissão Permanente de Seleção (COPERSE).
Resolução comentada
O que a questão pede: a lei do eletromagnetismo que está no coração da levitação descrita.
Passo 1 — o mecanismo. O ímã do trem passa diante das bobinas dos trilhos. O fluxo magnético nelas varia, e isso induz uma força eletromotriz e uma corrente. Fluxo variável gerando fem é a lei de Faraday.
Passo 2 — o sentido. A corrente induzida cria um campo que se opõe à variação do fluxo (lei de Lenz). É por isso que a bobina responde com polaridade invertida e repele o ímã que se aproxima: a levitação por repulsão vem daí.
Por que não as outras: Coulomb trata da força entre cargas paradas; Ohm relaciona tensão, corrente e resistência; Ampère e Biot-Savart dizem qual campo uma corrente produz. Os campos das bobinas obedecem a essas leis, mas o que faz as correntes aparecerem nas bobinas dos trilhos — o ponto central do texto: “correntes elétricas induzidas em condutores submetidos a fluxos magnéticos variáveis” — é a indução.
⚠️ A armadilha: marcar Ampère ou Biot-Savart porque há correntes criando campos. Essas correntes não existiriam sem a indução: se o trem parasse, o fluxo deixaria de variar e não haveria corrente induzida nem levitação.
A ideia em uma frase: fluxo magnético variável induz corrente (Faraday), e essa corrente se opõe à variação (Lenz), repelindo o ímã do trem.
Resposta: alternativa D (lei de Faraday-Lenz).
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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