UFSC 2019 — questão 28 de Física
Enunciado em texto
Na atração Corrida Maluca, duas pessoas da plateia do Circo da Física são convidadas para soltar dois pequenos cilindros aparentemente idênticos dentro de dois tubos aparentemente idênticos de comprimento 1,0 m, conforme a figura abaixo. Para espanto da plateia, um dos pequenos cilindros demora mais tempo do que o outro para chegar do outro lado do tubo e o vencedor da corrida é sempre o que escolhe determinado lado da estrutura. O segredo da corrida é que, no lado esquerdo da estrutura, o participante tem à disposição um pequeno cilindro de ferro e um tubo de PVC e, no lado direito, o participante tem à disposição um pequeno ímã cilíndrico e um tubo de cobre, em destaque na figura abaixo.
[Figura: dois tubos verticais iguais, presos a uma barra horizontal sobre um pedestal, com um pequeno cilindro acima de cada tubo. Em destaque, o corte do tubo de cobre com o ímã cilíndrico dentro, o polo N em cima e o polo S embaixo.]
Com base no exposto acima e na figura, é correto afirmar que:
(01) ao cair, o ímã induz uma corrente elétrica no tubo de cobre, devido à variação do fluxo magnético do ímã nas paredes do tubo de cobre.
(02) ao descer pelo tubo de cobre, o ímã atinge rapidamente velocidade constante (velocidade terminal).
(04) o campo magnético produzido pela corrente elétrica induzida no tubo de cobre terá um polo norte próximo ao ímã na parte superior do tubo.
(08) o cobre é um material condutor ferromagnético e é atraído pelo ímã, o que retarda o movimento de queda do ímã.
(16) no sistema ímã-tubo de cobre, não ocorre o efeito joule, já que a velocidade de queda do ímã é constante.
(Enunciado e figura: Vestibular UFSC 2019 — UFSC/COPERVE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Comissão Permanente do Vestibular (COPERVE).
Resolução comentada
O que a questão pede: explicar por que o ímã cai devagar no tubo de cobre.
(01) Verdadeira. Cada anel do tubo vê o ímã se aproximar e depois se afastar: o fluxo magnético através dele varia, e pela lei de Faraday surgem correntes induzidas (correntes de Foucault) nas paredes de cobre, que é bom condutor.
(02) Verdadeira. Pela lei de Lenz, as correntes induzidas criam forças que se opõem ao movimento do ímã, e essa força freadora cresce com a velocidade. Logo ela equilibra o peso e o ímã passa a cair com velocidade constante, bem pequena.
(04) Falsa. O ímã está com o N para cima. Acima dele, o ímã está se afastando; a corrente induzida tenta impedir esse afastamento, ou seja, atrai o ímã. Para atrair o polo N do ímã, a face da corrente induzida voltada para ele tem de ser um polo sul.
(08) Falsa. O cobre não é ferromagnético (não é atraído por ímãs). O freio vem das correntes induzidas, não de atração magnética. (Tanto que no tubo de PVC, isolante, nada disso acontece.)
(16) Falsa. Há correntes elétricas circulando no cobre, que tem resistência: há efeito Joule, e o tubo esquenta um pouco. É justamente para lá que vai a energia potencial que o ímã perde caindo com velocidade constante.
⚠️ A armadilha: a (08). Quem freia o ímã é a indução (lei de Lenz), não o magnetismo do cobre: o mesmo ímã encostado num tubo de cobre parado não gruda nele.
A ideia em uma frase: o ímã em movimento induz correntes no cobre, e pela lei de Lenz essas correntes freiam o ímã, transformando a energia dele em calor.
Resposta: soma 03 (01 + 02).
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.