UNICAMP 2000 (2ª fase) — questão 6 de Física

Enunciado em texto
Na prática, o circuito testador da questão anterior é construído sobre uma folha de plástico, como mostra o diagrama abaixo. Os condutores (cinza claro) consistem em uma camada metálica de resistência desprezível, e os resistores (cinza escuro) são feitos de uma camada fina (10 m de espessura, ou seja, m) de um polímero condutor. A resistência R de um resistor está relacionada com a resistividade por onde é o comprimento e A é a área da seção reta perpendicular à passagem de corrente.
(Figura: duas faixas condutoras, cinza claro, uma em cima, marcada “+”, e outra embaixo, marcada “–”, com “ddp” entre elas à esquerda. Entre as duas faixas ficam três retângulos cinza escuro, cada um encostado na faixa de cima e na de baixo. Da esquerda para a direita: o de 100 Ω tem 10 mm de largura (na horizontal) e 5 mm de altura (distância entre as faixas, na vertical); o de 200 Ω tem 10 mm de largura e 10 mm de altura; o de 300 Ω tem 6 mm de largura e 9 mm de altura.)
a) Determine o valor da resistividade do polímero a partir da figura. As dimensões (em mm) estão indicadas no diagrama.
b) O que aconteceria com o valor das resistências se a espessura da camada de polímero fosse reduzida à metade? Justifique sua resposta.
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2000, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) a resistividade do polímero, a partir de um dos resistores; (b) o efeito de afinar a camada.
Item (a) — por onde passa a corrente. Cada resistor liga a faixa “+” à faixa “–”, então a corrente o atravessa na vertical, de cima para baixo. Logo:
• o comprimento é a altura do retângulo (a distância entre as faixas);
• a seção reta, perpendicular à corrente, é a largura do retângulo vezes a espessura da camada, 10 μm.
Para o resistor de 100 Ω: mm, largura 10 mm e espessura m:
Conferindo com os outros dois (a banca aceita qualquer um dos três):
Os três dão o mesmo valor, como deve ser: é o mesmo material.
Item (b) — espessura pela metade. Chamando de w a largura e de e a espessura, a área é e
A resistência é inversamente proporcional à espessura. Com a espessura pela metade, a seção por onde a corrente passa fica pela metade, e todas as resistências dobram (200 Ω, 400 Ω e 600 Ω).
⚠️ A armadilha: usar como área a parte que se vê no desenho (largura × altura do retângulo), como se a corrente atravessasse a camada de cima para baixo, na espessura. A banca comenta que esse foi o erro mais comum. A área certa é a seção perpendicular à corrente: largura × espessura.
A ideia em uma frase: R = ρℓ/A, com ℓ no sentido da corrente e A perpendicular a ela — numa camada fina, A é a largura vezes a espessura.
Resposta: (a) Ω·m; (b) as resistências dobram, porque a área da seção reta cai à metade e .
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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