Estudar 051

Prévia do material em texto

Estudar 051
Questão 1
A declinação do Campo Magnético Terrestre em Fortaleza, CE, é de aproximadamente 21o para o
oeste, e a sua componente horizontal é de aproximadamente 0,25 G. Se um elétron é atirado com
velocidade 106 m/s, verticalmente para cima, a magnitude, a direção e o sentido da força magnética
atuando sobre ele são dados por
DADOS:
1 G = 10–4 T, cos(21o) = 0,93, sen(21o) = 0,36, e = 1,6 × 10–19 C
A) 4,05 × 10–18 N na direção a 21o para o Norte da direção Leste-Oeste, sentido Leste.
B) 3,78 × 10–18 N na direção a 21o para o Sul da direção Leste-Oeste, sentido Leste.
C) 1,45 × 10–18 N na direção a 21o para o Leste da direção Norte-Sul, sentido Norte.
D) 4,05 × 10–18 N na direção a 21o para o Leste da direção Norte-Sul, sentido Sul.
Gabarito:
A
Resolução:
O vetor Campo Magnético e o vetor velocidade fazem, um ângulo de 90o entre si e definem um plano.
O vetor força será horizontal voltado para o Leste na direção Oeste-Leste a 21o. 
Intensidade: .
Questão 2
Uma casca esférica condutora, com carga total nula, tem vácuo em seu interior. A casca é fixada
numa região de vácuo onde antes havia um campo elétrico uniforme , com mesma direção e
sentido do vetor aceleração da gravidade . Como consequência, a casca esférica deforma o campo
original e este, por sua vez, também exerce influência elétrica sobre a casca. Nessa situação, assinale
a alternativa que representa qualitativamente a distribuição de equilíbrio de cargas sobre a superfície
da casca e o campo elétrico em seu interior.
A)
B)
C)
D)
E)
Gabarito:
C
Resolução:
(Resolução oficial)
O campo elétrico dentro de uma casca esférica condutora sem carga em seu interior é nulo. Por outro
lado, como era originalmente paralelo a , então cargas negativas e positivas são
respectivamente induzidas nos hemisférios superior e inferior. A carga total na casca esférica
continua nula.
Questão 3
Um estudante posiciona uma bússola próxima de um longo fio delgado e retilíneo, percorrido por uma
corrente elétrica constante, de intensidade i e sentido ascendente (ver figura). (Considere que tal
corrente é formada por cargas positivas.) O fio está disposto ao longo da direção vertical, e a bússola
encontra-se no plano horizontal. Assinale a alternativa que apresenta a vista de cima do conjunto fio
+ bússola, com a indicação correta da direção em que a agulha imantada da bússola aponta nessa
situação. Despreze a influência do campo magnético terrestre.
Fio
Bússola
A)
B)
C)
D)
E)
 
 
Gabarito:
A
Resolução:
(Resolução oficial)
A agulha da bússola se orienta no mesmo sentido do vetor campo magnético, o qual, por sua vez, é
definido pela regra da mão direita, com o polegar se alinhando no sentido da corrente.
Questão 4
A descoberta surpreendente de que plantas vivas liberam metano não lança dúvida sobre a causa do
aquecimento global. As atividades humanas — e não as plantas — são a origem do aumento desse e
de outros gases de efeito estufa. Quando a radiação solar atinge a superfície terrestre, parte é
absorvida e parte é refletida para o espaço, inclusive sob a forma de radiação infravermelha,
associada ao calor. Alguns gases, como dióxido de carbono, metano e ozônio, absorvem parte dessa
radiação infravermelha refletida. Por causa disso, o calor fica retido na atmosfera, aumentando a
temperatura do planeta. [...]
Cientistas descobriram que tanto os restos de plantas quanto a vegetação em crescimento produzem
metano. A ideia de investigar as plantas como fonte de emissão de metano surgiu de pesquisas com
o clorometano, um gás clorado que destrói o ozônio. Acreditava-se que a origem principal dele eram
os oceanos e as queimadas nas florestas, mas verificou-se que plantas de certa idade emitem a maior
parte de clorometano encontrado na atmosfera. Os hidratos de metano, CH4(H2O)n, se formam em
condições de alta pressão, como as encontradas no fundo do oceano. Uma quantidade desconhecida,
mas possivelmente muito grande de metano está retida sob essa forma nos sedimentos do oceano,
entretanto esses hidratos ficaram estáveis pelo menos ao longo dos últimos quarenta mil anos,
indicando que não estiveram envolvidos nos aumentos súbitos de metano ocorridos durante o último
ciclo glacial. [...] Uma nova teoria pode explicar as intrigantes flutuações nos níveis de metano que
refletem alterações nos níveis de dióxido de carbono e nas temperaturas globais. É bem provável que
altas concentrações de dióxido de carbono e temperaturas crescentes levaram a um aumento
considerável da vegetação, o que pode ter sido acompanhado por emissões de metano igualmente
grandes. 
(KEPPLER; RÖCKMANN, 2010, p. 43-46.)
Considere uma radiação infravermelha com frequência de 1,0 · 1013 Hz, que se propaga afastando-se
da superfície terrestre, com velocidade de módulo igual a 3,0 · 105 km/s.
Sabendo-se que, em determinado instante, o campo magnético da radiação tem intensidade igual a
6,0 · 10−5 T, e o sentido de sul para norte, é correto afirmar que, nesse instante, a característica
vetorial do campo elétrico dessa radiação pode ser expressa como 
01) 3,0 · 10−8 V/m, direção vertical, de norte para sul.
02) 2,0 · 1013 V/m, direção inclinada, formando ângulo de 60º com a horizontal.
03) 2,0 · 1013 V/m, direção inclinada, formando ângulo de 45º com a horizontal.
04) 1,8 · 104 V/m, direção horizontal, de oeste para leste.
05) 1,8 · 104 V/m, direção inclinada, formando ângulo de 30º com a horizontal.
Gabarito:
4
Resolução:
Sendo E = campo elétrico = v · B, com v = velocidade e B = campo magnético:
E = (3 · 108 m/s)(3 · 105) = 1,8 · 104 V/m.
A direção será perpendicular ao campo magnético (sul para norte), portanto, horizontal, de oeste para
leste.
Questão 5
Um próton movimenta-se em linha reta paralelamente às linhas de força de um campo elétrico
uniforme, conforme mostrado na figura. Partindo do repouso no ponto 1 e somente sob ação da força
elétrica, ele percorre uma distância de 0,6 m e passa pelo ponto 2. Entre os pontos 1 e 2 há uma
diferença de potencial ΔV igual a 32 V.
Considerando a massa do próton igual a 1,6 × 10–27 kg e sua carga igual a 1,6 × 10–19 C, assinale a
alternativa que apresenta corretamente a velocidade do próton ao passar pelo ponto 2.
a) 2,0 × 104 m/s.
b) 4,0 × 104 m/s.
c) 8,0 × 104 m/s.
d) 1,6 × 105 m/s.
e) 3,2 × 105 m/s.
Gabarito:
C
Resolução:
Considerando que a partícula partiu do repouso e, portanto, tem velocidade inicial nula, a velocidade
do próton ao passar pelo ponto 2 é dada pela seguinte relação:
tFel = q · (v1 – v2)
vf = 8,0 · 104 m/s
Questão 6
Um sistema é constituído por três fios condutores retos e muito longos, fixados um ao outro
perpendicularmente e isolados eletricamente entre si. Por cada fio passa uma corrente elétrica
constante de mesma intensidade. Se o sistema é posto na presença de um campo magnético
uniforme, constante e paralelo a um dos fios, pode-se afirmar corretamente que a força resultante no
sistema é
A) não nula e tende a deslocar o conjunto em linha reta.
B) nula, mas há um torque que tende a girar o conjunto em torno de um eixo paralelo ao campo
magnético.
C) nula, mas há um torque que tende a girar o conjunto em torno de um eixo perpendicular ao campo
magnético.
D) não nula e tende a girar o conjunto em uma trajetória espiral.
Gabarito:
A
Resolução:
Haverá sempre força magnética nos outros dois fios que não aquele paralelo ao campo, atuando num
único sentido e movendo a estrutura linearmente.
Questão 7
Um capacitor de placas paralelas de área A e distância 3h possui duas placas metálicas idênticas, de
espessura h e área A cada uma. Compare a capacitância C deste capacitor com a capacitância C0 que
ele teria sem as duas placas metálicas.
A) C = C0
B) C > 4C0
C) 0para ser carregado, foi conectado nos pontos M e N do circuito apresentado a seguir,
alimentado por uma bateria de f.e.m. E e resistência interna r. Quando o capacitor estiver totalmente
carregado, armazenará uma energia elétrica de
a) 1 · 10 –4 J.
b) 12 · 10 –6 J.
c) 36 · 10 –6 J.
d) 6 · 10 –6 J.
Gabarito:
C
Resolução:
De acordo com o circuito apresentado, e considerando-se o trecho fora da bateria, a corrente total é
de:
U = Req · i
i = 3,0 A
A corrente que passa pelos resistores de 8 Ω e de 2 Ω equivale a desse valor, ou seja, 1,2 A, e a
corrente que passa pelos resistores de 1 Ω e de 4 Ω equivale a desse valor, ou seja, 2,4 A.
A d.d.p. sobre o resistor de 8 Ω é dada por:
U1 = r · i1
U1 = 8 · 1
U1 = 8 V
A d.d.p. sobre o resistor de 1 Ω é dada por:
U2 = r · i2
U2 = 1 · 2
U2 = 2 V
A energia elétrica armazenada no capacitor é, portanto:
Eel = 
Eel = 
Eel = 36 · 10–6 J.
Questão 9
Várias empresas que prestam serviços a residências, ou a outras empresas, oferecem a seus clientes
os famosos ímãs de geladeira, justamente para serem lembrados nos momentos de necessidade.
Certa dona de casa não grudou na geladeira um ímã que recebera, esquecendo-o numa gaveta de
armário. Após certo tempo, ao deparar com o ímã na gaveta, tentou grudá-lo na geladeira, mas ele,
desmagnetizado, desprendeu-se, caindo no chão. Para magnetizá-lo novamente, ela poderá atritá-lo
com uma barra de ferro em movimentos
(A) circulares de um mesmo sentido.
(B) circulares de sentidos alternados.
(C) retilíneos de um mesmo sentido.
(D) retilíneos de sentidos alternados.
(E) parabólicos de sentidos alternados.
Gabarito:
C
Resolução:
Devemos friccioná-lo em movimento reto e sempre no mesmo sentido. Haverá assim uma orientação
igual para os dipolos e o imã será magnetizado de novo. A alternativa C é a correta.
Questão 10
Uma partícula de carga elétrica Q = +3,2 × 10–19 C é arremessada, com uma energia cinética de 16
MeV (1 MeV = 1,6 × 10–13 J), contra uma segunda partícula de carga elétrica de mesmo sinal que se
encontra fixada em um ponto muito distante da primeira partícula. O ponto mais próximo que a
partícula de carga Q pode chegar da segunda partícula é representado por P, conforme figura a
seguir:
Com base no exposto, é correto afirmar que o potencial elétrico no ponto P é:
a) 4 × 106 V 
b) 6 × 106 V
c) 8 × 106 V 
d) 10 × 106 V
e) 12 × 106 V
Gabarito:
C
Resolução:
O potencial elétrico pode ser determinado por meio da seguinte relação:
E = U · Q
16 · 1,6 · 10–13 = V · 3,2 · 10–19
U = 8 · 106 V
Questão 11
Uma barra condutora homogênea de comprimento y e massa m é apoiada num suporte como
mostrado na figura a seguir. Esse suporte consiste em um ramo de circuito em forma de U e de
resistência R, isolado da superfície da Terra. A barra está a uma altura x em relação ao lado inferior
do U. Um campo magnético B com sentido para fora do plano do papel (sentido positivo) é aplicado
na região cujo módulo varia com o tempo t, conforme o gráfico a seguir. O módulo do campo em t = 0
vale B0. A partir de que instante a barra não sentirá as forças de reação normal do suporte (ou seja, a
barra estará quase levitando)?
 
Dado: considere a aceleração da gravidade g
 
 
 
A) t = B0 cotgθ
B) 
C) 
D) 
E) 
 
Gabarito:
E
Resolução:
A equação para a reta B(t) é dada por:
y – y0 = m · (x – x0)
Bf – B0 = –tgθ · (t – 0)
Bf = B0 – (tgθ · t)
De acordo com a lei de Lenz, temos:
½E½= 
 = R · i
 = i
A partir dessas relações, temos:
y · x · = i
 = i
i = 
Aplicando a lei de Lorentz, e considerando que na situação de equilíbrio a força magnética deve
igualar a força peso, temos:
Fmagnética = P
Bf · i · y = m · g
[B0 – (tgθ . t)] · · y = m · g
–[B0 – (tgθ · t)] · = m · g
–(B0 · x · y2 · tgθ) + = m · g
t = 
t = 
t = (B0 · cotgθ) – 
Questão 12
A diferença de potencial entre os lados interno e externo da membrana plasmática de um neurônio é
de 70 mV. A energia cinética de um íon cálcio (Ca2+) que atravessa essa diferença de potencial,
desprezando-se qualquer dissipação, sofre um aumento, em unidades de 10–20 J, de 
a) 0,16
b) 0,32
c) 1,12
d) 2,24
e) 3,20
Gabarito:
D
Resolução:
Carga do íon = 2 · (1,6 · 10–19 C) = 3,2 · 1019 C
Questão 13
A aplicação de campo elétrico entre dois eletrodos é um recurso eficaz para separação de compostos iônicos. Sob o efeito
do campo elétrico, os íons são atraídos para os eletrodos de carga oposta.
Admita que a distância entre os eletrodos de um campo elétrico é de 20 cm e que a diferença de
potencial efetiva aplicada ao circuito é de 6 V.
Nesse caso, a intensidade do campo elétrico, em V/m, equivale a:
a) 40
b) 30
c) 20
d) 10
Gabarito:
B
Resolução:
(Resolução oficial)
A tensão elétrica ou a diferença de potencial elétrica U corresponde ao produto da intensidade
do campo elétrico uniforme E com a distância d entre os pontos considerados, no caso os eletrodos.
Ou seja:
U = E × d
Questão 14
A configuração do campo magnético terrestre causa um efeito chamado inclinação magnética. Devido
a esse fato, a agulha magnética de uma bússola próxima à superfície terrestre, se estiver livre, não se
mantém na horizontal, mas geralmente inclinada em relação à horizontal (ângulo α, na figura 2). A
inclinação magnética é mais acentuada em regiões de maiores latitudes. Assim, no equador terrestre
a inclinação magnética fica em torno de 0º, nos polos magnéticos é de 90º, em São Paulo é de cerca
de 20º, com o polo norte da bússola apontado para cima, e em Londres é de cerca de 70º, com o polo
norte da bússola apontado para baixo.
Figura 1
O campo magnético terrestre
Figura 2
Bússola para medição da inclinação magnética
Disponível em: . Adaptado.
Esse efeito deve-se ao fato de a agulha magnética da bússola alinhar-se sempre na direção
a) perpendicular às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte
magnético terrestre estar próximo ao polo sul geográfico da Terra.
b) tangente à Linha do Equador e ao fato de o eixo de rotação da Terra coincidir com o eixo
magnético que atravessa a Terra.
c) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético
terrestre estar próximo ao polo norte geográfico da Terra.
d) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético
terrestre estar próximo ao polo sul geográfico da Terra.
e) paralela ao eixo magnético terrestre e ao fato de o polo sul magnético terrestre estar próximo ao
polo norte geográfico da Terra.
Gabarito:
D
Resolução:
A agulha magnética da bússola alinha-se sempre na direção tangente às linhas de indução do campo
magnético da Terra e o polo norte magnético terrestre está próximo ao polo sul geográfico da Terra.
Questão 15
Nesta questão, as medições são feitas por um referencial inercial. O módulo da aceleração gravitacional é
representado por g. Onde for necessário, use g = 10 m/s² para o módulo da aceleração gravitacional.
O comportamento gráfico para o módulo do campo elétrico E numa dada região do espaço, em função da posição x
dentro dessa região, é linear e está representado na figura a seguir.
Considerando as informações apresentadas no enunciado e na figura, assinale a alternativa que apresenta
corretamente o valor do módulo da força elétrica F produzida por esse campo sobre uma carga Q = 1,6 µC colocada
na posição x = 4 cm.
a) F = 8,0 N.
b) F = 6,4 N.
c) F = 4,8 N.
d) F = 3,2 N.
e) F = 1,6 N.
Gabarito:
C
Resolução:
De acordo com o gráfico, o campo elétrico é reduzido de 15 MV/m a 0 ao longo de 5 cm, de forma que
existe uma variação de –3 MV/cm. Assim, o campo elétrico E na posição x = 4 cm é
E = 15 – (3 · 4)
E = 3 MV/cm
O valor do módulo da força elétrica F produzida por esse campo sobre uma carga Q = 1,6 µC nesta
posição é dado por
F = q · E
F = 1,6·10–6 · 3·106
F = 4,8 N
Questão 16
A figura a seguir representa 3 esferas, a, b e c, com raios R, 2R e 3R, perfeitamente condutoras e eletricamente
carregadas, e um fio f, também perfeitamente condutor e neutro,suspenso por uma corda isolante, em dois
momentos distintos (I) e (II). As esferas estão em suportes isolantes e separadas por grandes distâncias.
De início, no painel (I), a esfera a tem carga elétrica +2Q, a esfera b tem carga elétrica –3Q, a esfera c tem carga
elétrica –2Q, e o fio está afastado das esferas. O fio f é então posto simultaneamente em contato com as três esferas,
como mostra o painel (II). Após longo tempo nessa situação, o fio suspenso é afastado. As cargas elétricas nas esferas
a, b e c são, aproximadamente,
(A) –3Q, –2Q, +2Q.
(B) –3Q, +Q, –Q.
(C) –2Q, +2Q, –3Q.
(D) –Q, –Q, –Q.
(E) –Q/2, –Q, –3Q/2.
Gabarito:
E
Resolução:
Considerando que, de início, no painel (I), a esfera a tem carga elétrica +2Q, a esfera b tem carga
elétrica –3Q, a esfera c tem carga elétrica –2Q, e o fio está afastado das esferas, ao colocar o fio f
simultaneamente em contato com as três esferas, como mostra o painel (II), a carga total do sistema
é igual a:
Qtotal = +2Q –3Q –2Q
Qtotal = –3Q
Uma vez que o fio suspenso é afastado, a quantidade de carga em cada esfera se torna proporcional
ao raio de cada esfera, de forma que as cargas elétricas nas esferas a, b e c, que apresentam,
respectivamente, raio R, 2R e 3R, são, aproximadamente, –Q/2, –Q, –3Q/2.
Questão 17
Um capacitor de capacitância C é ligado, em série, a outro de capacitância 2 C. O conjunto é ligado
aos terminais de uma bateria que fornece uma ddp V. Qual a ddp do capacitor de capacitância 2 C?
A) 
B) 
C) 
D) 
E) 2 V
Gabarito:
A
Resolução:
Uma vez que os capacitores estão em série, a capacitância equivalente é dada por:
Ceq = 
Ceq = · C
A quantidade de carga total no circuito é igual a:
Q = Ceq · U
Q = · V
A quantidade de carga permanece constante. Assim, temos:
Q1 = Q2
CT · UT = C2 C · U2 C
 · V = 2 · C · U2 C
U2 C = 
Questão 18
A atração e a repulsão entre partículas carregadas têm inúmeras aplicações industriais, tal como a
pintura eletrostática. As figuras a seguir mostram um mesmo conjunto de partículas carregadas, nos
vértices de um quadrado de lado a, que exercem forças eletrostáticas sobre a carga A no centro
desse quadrado. Na situação apresentada, o vetor que melhor representa a força resultante agindo
sobre a carga A se encontra na figura
a)
b)
c)
d)
Gabarito:
D
Resolução:
A figura a seguir representa esquematicamente os vetores de cada uma das interações que a carga
–q posicionada em A sofre. A força resultante, representada pela soma vetorial de cada uma das
interações, é dada por um vetor horizontal que aponta da esquerda para a direita.
Questão 19
Uma espira circular de raio R é percorrida por uma corrente elétrica i criando um campo magnético.
Em seguida, no mesmo plano da espira, mas em lados opostos, a uma distância 2R do seu centro
colocam-se dois fios condutores retilíneos, muito longos e paralelos entre si, percorridos por correntes
i1 e i2 não nulas, de sentidos opostos, como indicado na figura. O valor de i e o seu sentido para que o
módulo do campo de indução resultante no centro da espira não se altere são respectivamente
a) e horário.
b) e anti-horário.
c) e horário.
d) e anti-horário.
e) e horário.
Gabarito:
D
Resolução:
O campo magnético resultante no centro da espira é:
Para que o campo magnético da espira não se altere, ela deve criar um campo que seja o dobro
daquele induzido pelos fios em seu centro:
Como o campo magnético gerado pelos fios entra na folha (determinado pela regra da mão direita), o
campo da espira deverá sair dela, gerando uma corrente elétrica no sentido anti-horário de acordo
com a regra da mão direita.
Questão 20
A despeito da duradoura preocupação pública com a segurança da energia nuclear, mais e mais
pessoas estão percebendo que pode ser o modo menos impactante ao ambiente de gerar grandes
quantidades de eletricidade.
Um ciclo de energia nuclear mais seguro e sustentável para um futuro mais verde poderia se basear
no reator Avançado de Metal Líquido, Almir, projeto desenvolvido nos anos 80, do século passado, por
pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne, EUA. Como em todas as usinas de energia
nuclear, um sistema baseado no Almir dependeria de reações em cadeia para produzir calor
necessário e gerar eletricidade.
O Almir, no entanto, emprega uma piscina de sódio líquido circulante como resfriador. O sódio não
desacelera muito os nêutrons rápidos e conduz calor muito bem, o que melhora a eficiência dessas
usinas.
HANNUM, William H. Lixo nuclear bem reciclado. Scientific American Brasil, São Paulo, Duetto, ano 1,
n. 7, p. 16-23, 2011.
Com base no processo da produção de energia elétrica nas usinas nucleares, analise as afirmativas e
marque com V as verdadeiras e com F, as falsas.
( ) A produção de energia elétrica no gerador das usinas nuclear, termoelétrica e hidrelétrica segue o
mesmo princípio de funcionamento.
( ) O sentido do campo magnético produzido por corrente induzida é igual ao sentido do campo
magnético externo que produz a variação do fluxo magnético em um rotor do gerador.
( ) O princípio de funcionamento de um transformador de tensão é o da indução eletromagnética. 
( ) A força eletromotriz induzida independe da resistência elétrica do fio da bobina de um rotor. 
A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a
01) V V F F
02) V F V V
03) V F F V
04) F V V F
05) F F V V 
Gabarito:
02
Resolução:
I. Verdadeira. O princípio de produção de energia elétrica se dá pela transformação de energia
cinética de turbinas. Na usina nuclear, as reações nucleares é que promovem a energia cinética; na
térmica, a combustão; e, na hidrelétrica, a potencial gravitacional.
II. Falsa. De acordo com a Lei de Lenz, o sentido da corrente elétrica induzida e, portanto do campo
magnético, tem sentido que se opõe à variação do fluxo produzido.
III. Verdadeira. No transformador a corrente gerada em uma bobina produz um campo magnético
variável que faz variar o fluxo em uma bobina secundária, que induz uma corrente elétrica de modo a
se opor a esta variação.
IV. Verdadeira. Pois a força eletromotriz depende apenas da variação temporal do fluxo magnético.