PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 22 do IME 2024

Um sistema de distribuição em corrente contínua contém um circuito com 2 cabos condutores rígidos idênticos ligados em paralelo, fixados por isoladores de borracha e posicionados conforme mostra a figura.
Dados:
- distância entre os centros dos cabos: 5\ \text{cm};
- permeabilidade magnética do meio: 8\pi .10^{-7}\ \text{T.m/A};
- força máxima admissível nos isoladores por unidade de área: 625.10^{4}\ \text{N/m}^2;
- comprimento de cada cabo: 10\ \text{m};
- área da seção transversal dos isoladores: 10\ \text{mm}^2.
Observação:
- use a aproximação de fios infinitos para o cálculo dos campos magnéticos.
A máxima corrente do circuito I, em A, que pode circular simultaneamente em cada um dos cabos, sem o rompimento dos isoladores, é:
- A625/\sqrt{2}
- B625
- C625\sqrt{3}
- D1250
- E2500
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Resolução comentada
Dois fios paralelos com correntes de mesmo sentido se atraem. A força entre eles, na aproximação de fios infinitos, é
O cabo é preso por dois isoladores, um em cada extremidade. Pela figura, cada isolador fica na horizontal, perpendicular ao cabo, e os cabos se atraem ao longo dessa mesma direção. Assim, cada isolador segura metade da força.
-
Força máxima por isolador: F_{iso}=\sigma A=625\cdot10^{4}\cdot10\cdot10^{-6}=62{,}5\ \text{N}.
-
Força total máxima sobre um cabo (dois isoladores): F=2\cdot 62{,}5=125\ \text{N}.
-
Força magnética em função de I:
Simplificando: \dfrac{8\pi\cdot10^{-7}\cdot10}{2\pi\cdot5\cdot10^{-2}}=\dfrac{8\cdot10^{-6}}{10^{-1}}=8\cdot10^{-5}, logo F=8\cdot10^{-5}I^2.
- Igualando: 8\cdot10^{-5}I^2=125\Rightarrow I^2=\dfrac{125}{8\cdot10^{-5}}=15{,}625\cdot10^{5}\approx1{,}5625\cdot10^{6}.
Portanto I=1250\ \text{A}.
Alternativa D.
Pegadinha: Esquecer que cada cabo é preso por dois isoladores e usar só 62,5 N como força total leva a I\approx 884 A, valor que não está entre as opções.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AValor sem relação com a conta; não resulta de nenhuma combinação correta das forças.
- BResulta de usar I^2 incorretamente (por exemplo, erro de potência de dez ou força de 31 N).
- CInclui um fator \sqrt{3} que não aparece, pois a força é perpendicular aos cabos e não há decomposição.
- ECorresponde a uma força quatro vezes maior (500 N), por exemplo ao contar mais isoladores do que existem.
Assuntos: força magnética entre fios paralelos, campo magnético de fio infinito.
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Fonte: IME 2024 · Prova objetiva. Prova oficial ↗