Questão 90 da FUVEST 2009

1ª fase

Em uma experiência, um longo fio de cobre foi enrolado, formando dois conjuntos de espiras, E_1 e E_2, ligados entre si e mantidos muito distantes um do outro. Em um dos conjuntos, E_2, foi colocada uma bússola, com a agulha apontando para o Norte, na direção perpendicular ao eixo das espiras.

Esquema do circuito formado por dois conjuntos de espiras distantes, E₁ e E₂, conectados por fios. À esquerda, um ímã com polos S e N alinhado ao eixo de E₁; à direita, uma bússola posicionada no centro de E₂ com a agulha na direção vertical (Norte), perpendicular ao eixo das espiras.

A experiência consistiu em investigar possíveis efeitos sobre essa bússola, causados por um ímã, que é movimentado ao longo do eixo do conjunto de espiras E_1.

Foram analisadas três situações:
I. Enquanto o ímã é empurrado para o centro do conjunto das espiras E_1.
II. Quando o ímã é mantido parado no centro do conjunto das espiras E_1.
III. Enquanto o ímã é puxado, do centro das espiras E_1, retornando a sua posição inicial.

Um possível resultado a ser observado, quanto à posição da agulha da bússola, nas três situações dessa experiência, poderia ser representado por

Tabela com as orientações da agulha da bússola para a situação inicial (ímã muito afastado) e para as alternativas de a a e sob as três situações analisadas: situação I (ímã sendo empurrado), situação II (ímã parado dentro) e situação III (ímã sendo puxado). Na parte inferior, há um quadro com o aviso: O eixo do conjunto de espiras E₂ tem direção leste-oeste.

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
  5. E
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Resolução comentada

Pela lei de Faraday, só há corrente nas espiras quando o fluxo magnético em E_1 varia. Quando o ímã está parado, não há corrente, e a bússola fica apenas sob o campo da Terra, apontando para o Norte.

Quando o ímã é empurrado (I) ou puxado (III), o fluxo varia e surge corrente induzida. Essa corrente percorre também E_2 e cria ali um campo magnético na direção do eixo de E_2, que é leste-oeste. Esse campo é perpendicular ao campo da Terra (norte-sul).

A agulha então se alinha com o campo resultante, que é a soma vetorial do campo da Terra (Norte) com o campo de E_2 (leste ou oeste). Ela se desvia do Norte para o lado leste ou oeste.

Na situação I, o fluxo aumenta. Na III, o fluxo diminui, pois o ímã se afasta. A lei de Lenz diz que o sentido da corrente inverte entre I e III, e o campo em E_2 também inverte. Assim, os desvios da agulha em I e III são para lados opostos (um para noroeste, o outro para nordeste).

Critérios para a resposta certa:

  1. Situação II: agulha no Norte, como na situação inicial.
  2. Situação I: agulha desviada para um lado.
  3. Situação III: agulha desviada para o lado oposto ao da I.

Na tabela, a alternativa (a) mostra I com desvio para noroeste, II com a agulha no Norte e III com desvio para nordeste. Ela cumpre os três critérios. As alternativas (b) e (d) repetem o mesmo lado em I e III. As alternativas (c), (d) e (e) invertem a agulha em II, o que seria impossível sem corrente. A alternativa (c) ainda mantém a agulha no Norte em I.

Alternativa A.

Pegadinha: Com o ímã parado dentro das espiras (II) não há corrente induzida, então a agulha não muda; as alternativas que a mudam em II enganam quem acha que o campo do ímã basta.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BA agulha desvia para o mesmo lado em I e III, mas a inversão do sentido da corrente exige lados opostos.
  • CNão há desvio em I, apesar da variação de fluxo, e a agulha se inverte em II, sem corrente.
  • DInverte a agulha com o ímã parado (II) e repete o mesmo desvio em I e III.
  • EInverte a agulha com o ímã parado (II), quando não há corrente induzida.

Assuntos: indução eletromagnética, lei de Faraday-Lenz, campo magnético de espiras.

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