UFU 2017-2 — questão 20 de Física
Enunciado em texto
O anel saltante ou anel de Thomson é uma interessante demonstração dos efeitos eletromagnéticos. Ele consiste em uma bobina, um anel metálico, normalmente de alumínio, e um núcleo metálico que atravessa a bobina e o anel. Quando a bobina é ligada a uma tomada de corrente alternada, o anel de alumínio salta e fica levitando em uma altura que pode ser considerada constante. A figura mostra o dispositivo. Um dos fatos que contribuem para a levitação do anel metálico, apesar de não ser o único, é a fonte de corrente elétrica ser alternada, pois o anel não levitaria se ela fosse contínua.
[Figura: um núcleo metálico vertical (barra escura) sobre uma base. Na parte de baixo, envolvendo o núcleo, uma bobina com várias espiras, ligada por dois fios a uma “Fonte de corrente alternada” (símbolo ~). Acima da bobina, um anel metálico envolve o núcleo, sem tocá-lo, rotulado “Anel metálico levitando”. Rótulos: “Núcleo metálico”, “Anel metálico levitando”, “Bobina”, “Fonte de corrente alternada”.]
A força sobre o anel metálico e sua consequente levitação devem-se ao fato de a bobina percorrida por corrente elétrica alternada gerar
A) uma polarização elétrica variável em função do tempo no núcleo metálico que induz uma carga elétrica no anel metálico.
B) um campo elétrico constante em função do tempo no núcleo metálico que induz uma diferença de potencial no anel metálico.
C) uma polarização magnética constante em função do tempo no núcleo metálico que induz um polo magnético no anel metálico.
D) um campo magnético variável em função do tempo no núcleo metálico que induz uma corrente elétrica no anel metálico.
(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFU 2017-2, 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: explicar por que a corrente alternada na bobina faz o anel levitar.
Passo 1 — o campo da bobina. Corrente na bobina gera campo magnético, e o núcleo metálico (de ferro) concentra e guia esse campo até a região do anel. Como a corrente é alternada, esse campo muda de valor e de sentido o tempo todo.
Passo 2 — a lei de Faraday. O fluxo magnético através do anel varia no tempo, e fluxo variável induz uma força eletromotriz no anel. Como o anel é um condutor fechado, aparece nele uma corrente induzida:
Passo 3 — a lei de Lenz. A corrente induzida tem o sentido que se opõe à variação do fluxo: o anel vira um pequeno ímã com polo voltado para a bobina igual ao dela, e é repelido. Essa força para cima equilibra o peso, e o anel levita.
Por que corrente contínua não serve: com corrente constante o campo é constante, o fluxo no anel não varia e não há corrente induzida (só um pulo rápido no instante em que se liga a fonte). Sem corrente no anel, não há força magnética sobre ele.
Por que não as outras: A fala em carga elétrica induzida, mas o fenômeno é magnético, e o anel continua neutro, com uma corrente circulando; B fala em campo constante, que não induz nada; C fala em polarização magnética constante, que também não gera corrente nem repulsão sustentada.
⚠️ A armadilha: escolher C pensando no anel “virando ímã”. Ele vira, sim, mas porque circula nele uma corrente induzida por um campo variável; com algo constante, nada seria induzido.
A ideia em uma frase: corrente alternada gera campo variável, que induz corrente no anel; pela lei de Lenz a corrente induzida repele a bobina, e o anel flutua.
Resposta: alternativa D (campo magnético variável que induz corrente no anel).
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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