UNICAMP 2020 (2ª fase) — questão 13 de Física

Enunciado em texto

Relês são dispositivos eletromecânicos usados para abrir e fechar contatos elétricos através da deflexão de uma lâmina metálica (armadura) que é atraída pelo campo magnético gerado por uma bobina, conforme ilustra a Figura A.

(Figura A: uma bobina vertical com um núcleo no topo; acima dela, a armadura, uma lâmina horizontal articulada que, quando atraída, encosta nos contatos à direita. Uma mola vertical, à esquerda, prende a armadura à base; a distensão da mola é indicada por $\Delta x$. Legendas: armadura, contatos, mola, bobina.)

a) No relê da Figura A, a constante elástica da mola presa à armadura é $k = 1500$ N/m. Quando a bobina é ligada, qual é a energia potencial da mola, se ela for distendida de $\Delta x = 0{,}8$ mm em relação à sua posição de equilíbrio?

b) Resistores LDR (Resistor Dependente de Luz) apresentam alta resistência elétrica na ausência de luz, e baixa resistência quando iluminados. Um uso frequente desses resistores se verifica no acionamento de relês. A Figura B (no espaço de resposta) fornece a resistência do LDR do circuito da Figura C em função da intensidade luminosa. Qual é a tensão no LDR quando a intensidade de luz solar nele incidente é igual a $I = 0{,}5$ W/m²?

(Figura C: circuito de uma só malha com uma bateria $\varepsilon = 5{,}0$ V, o LDR (iluminado, indicado por setas) e o resistor $R_1 = 3{,}0$ kΩ, todos em série.)

(Figura B: gráfico da resistência do LDR (kΩ), de 2,0 a 10,0, em função da intensidade de luz solar (W/m²), de 0,2 a 1,6, com grade de 0,1 W/m² por 1,0 kΩ. A curva desce: passa por 10,0 kΩ em 0,3 W/m², 8,0 kΩ em 0,4 W/m², 6,0 kΩ em 0,6 W/m², 5,0 kΩ em 0,8 W/m², cerca de 4,3 kΩ em 1,0 W/m², 3,4 kΩ em 1,3 W/m² e cerca de 2,9 kΩ em 1,6 W/m²; entre 0,4 e 0,6 W/m² o trecho é reto.)

(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2020, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.