PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 22 do IME 2019

A figura mostra um circuito montado sob um plano inclinado feito de material condutor ideal, sem atrito de ângulo \alpha com a horizontal. Um corpo é liberado do ponto A e, à medida que passa pelos sensores localizados nos pontos 1, 2, 3 e 4, as chaves \text{Ch}_1, \text{Ch}_2, \text{Ch}_3 e \text{Ch}_4 são fechadas instantaneamente. Diante do exposto, a energia elétrica dissipada durante a descida do corpo até o ponto B, em joules, é:
Dados:
- R_1 = 10\ \Omega;
- R_2 = 10\ \Omega;
- R_3 = 5\ \Omega;
- R_4 = 2{,}5\ \Omega;
- E = 10\ \text{V};
- \alpha = 30^\circ; e
- g = 10\ \text{m/s}^2.
- A6
- B16
- C32
- D62
- E120
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Resolução comentada
O corpo desce sem atrito, então a aceleração é constante: a = g\,\sen\alpha = 10\cdot 0{,}5 = 5\ \text{m/s}^2. Partindo do repouso, a posição vale d = \tfrac{1}{2}at^2 = 2{,}5t^2, logo t=\sqrt{d/2{,}5}.
Posições dos sensores, contadas a partir de A: ponto 1 em 10 m; ponto 2 em 16,9 m; ponto 3 em 22,5 m; ponto 4 em 28,9 m; ponto B em 36,1 m.
Instantes de chegada:
- t_1=\sqrt{4}=2\ \text{s}
- t_2=\sqrt{6{,}76}=2{,}6\ \text{s}
- t_3=\sqrt{9}=3\ \text{s}
- t_4=\sqrt{11{,}56}=3{,}4\ \text{s}
- t_B=\sqrt{14{,}44}=3{,}8\ \text{s}
Os ramos ficam em paralelo com a fonte, cada um com 10\ \text{V}. As potências são P=E^2/R: P_1=10\ \text{W}, P_2=10\ \text{W}, P_3=20\ \text{W}, P_4=40\ \text{W}.
Intervalos em que cada resistor fica ligado (do fechamento até B):
- R_1: 3{,}8-2=1{,}8\ \text{s}, energia 18\ \text{J}
- R_2: 3{,}8-2{,}6=1{,}2\ \text{s}, energia 12\ \text{J}
- R_3: 3{,}8-3=0{,}8\ \text{s}, energia 16\ \text{J}
- R_4: 3{,}8-3{,}4=0{,}4\ \text{s}, energia 16\ \text{J}
Total: 18+12+16+16=62\ \text{J}.
Alternativa D.
Por que as outras alternativas estão erradas
- Avalor muito baixo, não corresponde à soma das energias dos quatro resistores.
- Bconsidera apenas a energia de um dos resistores (R3 ou R4).
- Csoma só parte das parcelas, como R3 e R4.
- Eusa tempos ou potências incorretos, superestimando a energia.
Assuntos: Potência elétrica e efeito Joule, Plano inclinado, Associação de resistores.
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Fonte: IME 2019 · Prova objetiva. Prova oficial ↗