UPE 2021 (SSA 3) — questão 27 de Física

Enunciado em texto
Nas questões com respostas numéricas, considere o módulo da aceleração da gravidade , o módulo da carga do elétron C, a massa do próton kg, a massa do elétron kg, pi e a constante de Planck Js ou eV.
Uma espira retangular, condutora e resistiva possui um capacitor C de placas paralelas 1 e 2. Em t = 0, o capacitor está completamente descarregado, e a espira é movida com velocidade constante para fora de uma região de campo magnético constante, de intensidade B, que aponta para dentro do plano do papel. Veja a figura ao lado e assinale a alternativa CORRETA.
[Figura: à esquerda de uma linha vertical tracejada, região de campo magnético entrando no papel (vários símbolos ×); à direita da linha, não há campo. A espira retangular está atravessando a fronteira: seu lado vertical esquerdo e parte da área estão dentro do campo, o resto está fora. No lado vertical direito da espira, fora do campo, está o capacitor C, com a placa 1 em cima e a placa 2 embaixo. A velocidade da espira aponta para a direita.]
A) A placa 1 do capacitor não se carregará.
B) A placa 2 do capacitor se carregará negativamente.
C) O capacitor descarrega completamente antes de sair da região com campo magnético.
D) A tensão entre as placas do capacitor é proporcional ao módulo do campo magnético.
E) Se a intensidade da velocidade diminuir, mais carga pode ser acumulada no capacitor.
(Enunciado e figura: SSA 3 — UPE 2021, Sistema Seriado de Avaliação — Universidade de Pernambuco.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade de Pernambuco (UPE).
Resolução comentada
O que a questão pede: a afirmação correta sobre o carregamento do capacitor enquanto a espira sai do campo magnético.
Passo 1 — a força eletromotriz induzida. Só o lado esquerdo da espira, de comprimento , está dentro do campo e se move com velocidade perpendicular a . Nele aparece a força eletromotriz de movimento:
Ela é constante enquanto esse lado estiver dentro do campo (B, L e v constantes).
Passo 2 — o capacitor carrega até a tensão da fem. A fem empurra corrente pela espira e o capacitor vai se carregando; a corrente cai até zero quando a tensão no capacitor iguala a fem (descarga num circuito RC). No fim desse processo:
A tensão é proporcional ao módulo de B (e, em qualquer instante da carga, , que também é proporcional a B). A afirmação D está correta.
Passo 3 — o sinal das placas. O fluxo de (para dentro do papel) através da espira diminui à medida que ela sai. Pela lei de Lenz, a corrente induzida tenta repor esse fluxo, criando campo para dentro do papel: corrente no sentido horário. No sentido horário, a corrente desce pelo lado direito e chega primeiro à placa 1, que fica positiva; a placa 2 fica negativa. (O mesmo sai da força magnética nas cargas do lado esquerdo: para a direita e para dentro empurram as cargas positivas para cima.)
Um aviso honesto: por essa análise, a afirmação B ("a placa 2 se carregará negativamente") também é verdadeira. A questão tem, pela física, duas alternativas corretas, B e D. O gabarito preliminar da UPE dava D; no definitivo, a questão foi anulada, o que é coerente com haver duas afirmações corretas.
Por que não as outras: (A) as duas placas se carregam, com cargas iguais e opostas. (C) enquanto o lado esquerdo estiver no campo, a fem se mantém e o capacitor continua carregado; ele só se descarrega pela espira depois que ela sai totalmente do campo. (E) com velocidade menor, a fem é menor, e a carga final também: carrega menos.
⚠️ A armadilha: a alternativa E, achando que "mais devagar" significa "mais tempo para carregar, mais carga". O tempo só ajuda a chegar perto do valor final, e esse valor final () diminui com a velocidade.
A ideia em uma frase: a espira saindo do campo gera a fem , e o capacitor se carrega até essa tensão, proporcional a B.
Resposta: questão anulada pela UPE no gabarito definitivo. Pela física, B e D são verdadeiras: a placa 2 fica negativa e a tensão no capacitor é proporcional a B.
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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