UFRGS 2014 — questão 22 de Física
Enunciado em texto
Um trabalhador carregando uma esquadria metálica de resistência elétrica R sobe, com velocidade de módulo constante, uma escada colocada abaixo de um fio conduzindo uma corrente elétrica intensa, i. A situação está esquematizada na figura abaixo.
[Figura: um fio horizontal no alto, com a corrente i para a direita. Abaixo dele, um trabalhador numa escada segura acima da cabeça uma esquadria retangular, num plano vertical, com o lado de cima paralelo ao fio.]
Assinale a alternativa correta sobre essa situação.
(A) Como a esquadria tem, aos pares, lados paralelos, a força resultante exercida pelo fio acima é nula.
(B) Visto que o fio não atravessa a esquadria, a lei de Ampère afirma que não existem correntes elétricas na esquadria.
(C) À medida que sobe a escada, o trabalhador sente a esquadria “ficar mais leve”, resultado da força atrativa exercida pelo fio, como previsto pela lei de Biot-Savart.
(D) À medida que sobe a escada, o trabalhador sente a espira “ficar mais pesada”, resultado da força de repulsão estabelecida entre a corrente elétrica no fio e a corrente elétrica induzida, conforme explicado pela lei de Faraday-Lenz.
(E) Como o trabalhador sobe com velocidade de módulo constante, não há o aparecimento de corrente elétrica na esquadria.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular UFRGS 2014, 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: o que acontece com a esquadria metálica (uma espira) quando ela se aproxima de um fio com corrente.
Passo 1 — o fluxo magnético muda. O fio cria um campo magnético em círculos em volta dele, que atravessa o plano da esquadria e é mais forte perto do fio (). Quando o trabalhador sobe, a esquadria chega mais perto do fio: o fluxo magnético através dela aumenta.
Passo 2 — Faraday: fluxo variando induz uma corrente na esquadria, que é metálica e forma um circuito fechado. Não importa que a velocidade seja constante: o que conta é o fluxo mudar, e ele muda porque o campo é mais intenso mais perto do fio.
Passo 3 — Lenz: a corrente induzida tem o sentido que se opõe à causa, isto é, à aproximação. No lado de cima da esquadria, o mais perto do fio, a corrente induzida corre em sentido oposto ao da corrente do fio, e correntes opostas se repelem. O lado de baixo tem corrente no mesmo sentido do fio (atração), mas está mais longe, e a força é menor. O saldo é uma força de repulsão: para baixo.
Passo 4 — o que o trabalhador sente. Uma força extra para baixo sobre a esquadria: ela parece “ficar mais pesada”.
Por que não as outras: (A) o campo não é uniforme, então as forças nos lados de cima e de baixo não se cancelam; (B) a lei de Ampère não é o caso aqui: a corrente é induzida pela variação de fluxo (Faraday); (C) a força é de repulsão, não de atração; (E) velocidade constante não impede a variação do fluxo.
⚠️ A armadilha: a (E). Muita gente associa corrente induzida a “aceleração”. Mas o que induz corrente é o fluxo variar, e aqui ele varia porque a espira está entrando numa região de campo mais forte.
A ideia em uma frase: ao aproximar uma espira de um fio com corrente, o fluxo aumenta, aparece corrente induzida e, por Lenz, a espira é empurrada para longe.
Resposta: alternativa D.
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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