Exercícios física

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo, na ordem em que elas aparecem. A figura abaixo representa dois fios metálicos paralelos, A e B, próximos um do outro, que são percorridos por correntes elétricas de mesmo sentido e de intensidades iguais a I e 2I, respectivamente. A força que o fio A exerce sobre o fio B é ........, e sua intensidade é ........ intensidade da força exercida pelo fio B sobre o fio A.

a)     repulsiva – duas vezes maior do que a

b)     repulsiva – igual à

c)      atrativa – duas vezes menor do que a

d)     atrativa – duas vezes maior do que a

e)      atrativa – igual à

Quando as correntes elétricas que percorrem dois fios paralelos são de mesmo sentido, a força magnética entre os mesmos é atrativa. Forças magnéticas, como qualquer outra força, satisfazem à terceira lei de Newton, de maneira que a intensidade da força que A exerce sobre B é igual à da força que B exerce sobre A.

Um ímã, em formato de pastilha, está apoiado sobre a superfície horizontal de uma mesa. Uma espira circular, feita de um determinado material sólido, é mantida em repouso, horizontalmente, a uma certa altura acima de um dos pólos do ímã, como indica a figura abaixo, onde estão representadas as linhas do campo magnético do ímã. Ao ser solta, a espira cai devido à ação da gravidade, em movimento de translação, indo ocupar, num instante posterior, a posição representada pelo círculo tracejado. Examine as afirmações abaixo, relativas à força magnética F exercida pelo ímã sobre a espira durante sua queda. I - Se a espira for de cobre, a força F será orientada de baixo para cima. II - Se a espira for de alumínio, a força F será orientada de cima para baixo. III - Se a espira for de plástico, a força F será orientada de cima para baixo. Quais estão corretas?

a)    Apenas I.

b)     Apenas II.

c)     Apenas III.

d)     Apenas I e III.

e)      Apenas II e III.

Quando é solta, a espira começa a cair verticalmente e a se deslocar em direção a regiões onde o campo magnético do ímã é mais intenso. Dessa maneira, o fluxo magnético através da espira estará aumentando com o decorrer do tempo, o que, de acordo com a lei de Faraday, fará surgir uma força eletromotriz induzida na espira. No caso da afirmação I, como a espira é condutora, essa força eletromotriz fará circular uma corrente elétrica na espira, originando uma força magnética entre a espira e o ímã. Pela lei de Lenz, a corrente elétrica induzida terá um sentido tal que, através da força magnética, se oponha à causa que a produziu; ou seja, à queda da espira. Logo, a força magnética atuará na espira de baixo para cima e, no ímã, em sentido oposto. Portanto, a afirmação I está correta. O mesmo aconteceria se a espira, em vez de ser de cobre, fosse de alumínio, de modo que afirmação II é incorreta. A afirmação III também é correta, porque, sendo a espira de plástico, que é um excelente isolante elétrico, a força eletromotriz induzida não produzirá uma corrente induzida; logo, não haverá força magnética considerável atuando na espira. Mesmo que surgisse uma pequena força magnética na espira, essa deveria ser orientada, pela lei de Lenz, de baixo para cima.

Uma espira condutora retangular, de comprimento 2L, desloca-se para a direita, no plano da página, com velocidade v constante. Em seu movimento, a espira atravessa completamente uma região do espaço, de largura L, onde está confinado um campo magnético constante, uniforme e perpendicular ao plano da página, conforme indica a figura abaixo. Sendo t = 0 o instante em que a espira começa a ingressar na região onde existe o campo magnético, assinale a alternativa que melhor representa o gráfico da corrente elétrica induzida i na espira, durante sua passagem pelo campo magnético, em função do tempo t.

a)   

b)    

c)    

d)    

e)     

Só existirá uma força eletromotriz induzida na espira enquanto o fluxo magnético através da mesma estiver variando com o tempo, e seu valor, pela Lei de Faraday, será proporcional à taxa de variação do fluxo magnético com o tempo. Como o campo magnético, neste caso, é estacionário, uniforme e perpendicular ao plano da espira, o fluxo magnético através da espira será, simplesmente, igual ao produto do módulo do campo pela área da espira que se encontra dentro da região onde existe campo. Assim, como a velocidade com que a espira se movimenta é mantida constante, desde o instante t = 0 até aquele instante t₁, em que a parte dianteira da espira começa a sair da região onde existe campo magnético, o fluxo magnético através da espira estará aumentando uniformemente com o tempo e, conseqüentemente, existirá uma força eletromotriz induzida de valor constante. Por outro lado, desde o instante t₁ até o instante t₂, em que a parte traseira da espira começa a entrar na região de campo magnético, a área da espira que está imersa no campo magnético se manterá constante, de modo que não existirá força eletromotriz induzida na espira neste intervalo de tempo. Finalmente, desde t₂ até o instante t₃, em que a parte traseira da espira começa a sair da região do campo magnético, a área da espira imersa no campo magnético estará diminuindo uniformemente com o tempo, de modo que haverá força eletromotriz induzida na espira, também de valor constante, mas com sinal oposto ao da força eletromotriz induzida entre t₀ e t₁.

Considere o enunciado abaixo e as quatro propostas para completá-lo. Do ponto de vista de um observador em repouso com relação a um sistema de referência S, um campo magnético pode ser gerado 1 - pela força de interação entre duas cargas elétricas em repouso com relação a S. 2 - pelo alinhamento de dipolos magnéticos moleculares. 3 - por uma corrente elétrica percorrendo um fio condutor. 4 - por um campo elétrico cujo módulo varia em função do tempo. Quais propostas estão corretas?

a)      Apenas 1 e 3.

b)      Apenas 1 e 4.

c)      Apenas 2 e 3.

d)     Apenas 1, 2 e 4.

e)      Apenas 2, 3 e 4.

A proposta 1 não está correta, pois cargas elétricas em repouso com relação a um observador geram apenas campo elétrico do ponto de vista desse observador. A proposta 2 está correta, pois o que se denomina de um dipolo magnético corresponde a uma molécula dotada de momento magnético intrínseco, devido ao movimento orbital dos elétrons em torno do núcleo e/ou aos spins dos mesmos. Assim, se os momentos magnéticos das moléculas do material estiverem alinhados numa mesma direção, o material como um todo constituirá, de fato, um ímã, que é uma fonte efetiva de campo magnético. A proposta 3 também está correta, pois uma corrente elétrica é um fluxo de cargas elétricas num meio condutor, e cargas elétricas em movimento são, de fato, fontes de campo magnético. Finalmente, pela Lei de Ampère-Maxwell, sabemos que um campo elétrico que varia com o tempo, seja em módulo, direção ou sentido, também cria um campo magnético, de maneira que a proposta 4 também está correta.

A figura abaixo representa dois diodos emissores de luz, ligados em paralelo a um solenóide. Os diodos foram ligados em oposição um ao outro, de modo que, quando a corrente elétrica passa por um deles, não passa pelo outro. Um ímã em forma de barra é movimentado rapidamente para dentro ou para fora do solenóide, sempre pelo lado direito do mesmo, como também está indicado na figura. Ao se introduzir o ímã no solenóide, com a orientação indicada na figura (S-N), observa-se que o diodo 1 se acende, indicando a indução de uma força eletromotriz, enquanto o diodo 2 se mantém apagado. A respeito dessa situação, considere as seguintes afirmações. I - Ao se retirar o ímã do solenóide, com a orientação indicada (S-N), o diodo 2 se acenderá e o diodo 1 se manterá apagado. II - Ao se introduzir o ímã no solenóide, com a orientação invertida (N-S), o diodo 1 se acenderá e o diodo 2 se manterá apagado. III - Ao se retirar o ímã do solenóide, com a orientação invertida (N-S), o diodo 2 se acenderá e o diodo 1 se manterá apagado. Quais estão corretas?

a)      Apenas I.

b)      Apenas II.

c)      Apenas III.

d)     Apenas I e II.

e)      Apenas II e III.

Como os diodos foram ligados em paralelo com a bobina, eles estão submetidos à mesma força eletromotriz em cada instante de tempo. No entanto, como estão ligados em oposição um ao outro, só acenderá aquele diodo cujo sentido permitido de condução coincidir com a polaridade da força eletromotriz induzida. De acordo com a Lei de Lenz, a força eletromotriz induzida neste caso pode ser considerada como decorrência do movimento do ímã em relação à bobina. Portanto, em primeiro lugar, se invertermos o sentido desse movimento, sem mudar a orientação inicial do ímã, a força eletromotriz será induzida em sentido oposto ao da situação descrita no enunciado, de modo que a afirmação I está correta . Em segundo lugar, se mantivermos o sentido original do movimento, mas invertermos a orientação do ímã, a força eletromotriz também será induzida em sentido oposto ao da situação descrita no enunciado, de modo que a afirmação II está errada . Finalmente, se invertermos simultaneamente o sentido do movimento e a orientação do ímã, a força eletromotriz será induzida no mesmo sentido da situação descrita no parágrafo, de modo que a afirmação III está errada.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo, na ordem em que aparecem. A figura que segue representa um anel condutor, em repouso, sobre o plano yz de um sistema de coordenadas, com seu centro coincidindo com a origem O do sistema, e um ímã em forma de barra que é movimentado sobre o eixo dos x, entre o anel e o observador. O gráfico a seguir representa a velocidade v desse ímã em função do tempo t, em três intervalos consecutivos, designados por I, II e III. (Nesse gráfico, v > 0 significa movimento no sentido +x e v < 0 significa movimento no sentido -x.) Com base nas informações apresentadas acima, é correto afirmar que, durante o intervalo ........ , o campo magnético induzido em O tem o sentido ........ e a corrente elétrica induzida no anel tem, para o observador, o sentido ........ .

a)      I – -x – horário

b)      I – +x – anti-horário

c)      II – -x – anti-horário

d)     III – +x – horário

e)      III – -x – anti-horário

A lei de Lenz afirma que “a corrente elétrica induzida em um circuito tem sentido tal que o campo magnético que ela cria (campo magnético induzido) se opõe à variação do fluxo magnético que a originou”. A seguir, aplicaremos a lei de Lenz aos três intervalos definidos no gráfico.
Durante o intervalo I, o pólo norte do ímã se afasta do anel, conforme nos informa o gráfico, ou seja, o fluxo magnético criado pelo ímã através do anel está diminuindo. Para opor-se à diminuição desse fluxo, como obriga a lei de Lenz, durante o intervalo I o campo magnético induzido em O deve ter o mesmo sentido do campo magnético produzido pelo ímã, ou seja, o sentido -x; isso exige (pela regra dos saca-rolhas) que a corrente elétrica induzida no anel tenha, para o observador, o sentido horário.
Durante o intervalo II, não há variação de fluxo magnético através do anel. Logo, não há corrente elétrica nem campo magnético induzidos.
Finalmente, durante o intervalo III, o pólo norte do ímã se aproxima do anel, ou seja, o fluxo magnético criado pelo ímã através do anel está aumentando. Pela lei de Lenz, para se opor ao aumento do fluxo, o campo magnético induzido em O precisa ter o sentido oposto ao do campo magnético do ímã, isto é, o sentido +x; isso exige que a corrente elétrica induzida no anel tenha, para o observador, sentido anti-horário.

A radioatividade é um fenômeno em que átomos com núcleos instáveis emitem partículas ou radiação eletromagnética para se estabilizar em uma configuração de menor energia. O esquema abaixo ilustra as trajetórias das emissões radioativas a, b+, b- e g quando penetram em uma região do espaço onde existe um campo magnético uniforme B que aponta perpendicularmente para dentro da página. Essas trajetórias se acham numeradas de 1 a 4 na figura. Sendo a um núcleo de hélio, b+ um elétron de carga positiva (pósitron), b- um elétron e g um fóton de alta energia, assinale a alternativa que identifica corretamente os números correspondentes às trajetórias das referidas emissões, na ordem em que foram citadas.

a)      1 – 2 – 4 – 3

b)      2 – 1 – 4 – 3

c)     3 – 4 – 1 – 2

d)     4 – 3 – 2 – 1

e)     1 – 2 – 3 – 4

Dois longos fios retilíneos e paralelos, A e C, que atravessam perpendicularmente o plano da página, são percorridos por correntes elétricas de mesma intensidade e de sentidos contrários, conforme representa, em corte transversal, a figura abaixo. Como é convencional, o ponto no fio A indica que a corrente desse fio está saindo da página, e o “X” indica que a corrente do fio C está entrando na página.

No ponto P da figura, o vetor campo magnético

a)      é nulo.

b)      aponta para o alto da página.

c)      aponta para o pé da página.

d)     aponta para a esquerda.

e)      aponta para a direita.

Um fio longo retilíneo percorrido por corrente elétrica cria um campo magnético ao seu redor, cuja direção em cada ponto é tangente a um círculo centrado no fio, e cujo sentido depende do sentido da corrente elétrica e é dado pela “regra de Ampère”: colocando o polegar da mão direita ao longo do condutor, no sentido da corrente, os demais dedos envolvendo o condutor indicarão o sentido das linhas de indução magnética. Como indicado na figura, os fios A e C são percorridos por correntes elétricas de mesma intensidade e de sentidos contrários. Sendo assim, no ponto P da figura, o vetor campo magnético criado pela corrente elétrica de cada um dos fios terá mesma intensidade e mesmo sentido, orientado para o topo da página. No ponto P, o vetor campo magnético resultante aponta para o alto da página e tem intensidade dada pela soma das intensidades dos dois campos magnéticos criados por A e C.

A figura abaixo representa uma região do espaço no interior de um laboratório, onde existe um campo magnético estático e uniforme. As linhas do campo apontam perpendicularmente para dentro da folha, conforme indicado. Uma partícula carregada negativamente é lançada a partir do ponto P com velocidade inicial v0 em relação ao laboratório. Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações abaixo, referentes ao movimento subseqüente da partícula, com respeito ao laboratório. ( ) Se v0 for perpendicular ao plano da página, a partícula seguirá uma linha reta, mantendo sua velocidade inicial. ( ) Se v0 apontar para a direita, a partícula se desviará para o pé da página. ( ) Se v0 apontar para o alto da página, a particula se desviará para a esquerda. A seqüência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo,é

a)      V – V – F.

b)      F – F – V.

c)      F – V – F.

d)     V – F – V.

e)      V – V – V.

A força magnética F que um campo magnético B exerce sobre uma carga puntiforme q dotada de velocidade vetorial v₀ tem direção perpendicular tanto a B como a v₀.
Além disso, seu sentido pode ser determinado pela “regra da mão direita”, e seu módulo é dado pela expressão , onde q é o ângulo formado entre v₀ e B. Na situação correspondente à primeira afirmação, q = 0, de modo que a força resultante F será nula. Sendo assim, a partícula se movimentará em linha reta, mantendo sua velocidade. A afirmação é, portanto, verdadeira. As situações correspondentes à segunda e à terceira afirmações correspondem, ambas, a q = 90º. Como a força magnética é perpendicular ao plano que contém os vetores v₀ e B, a partícula carregada deverá ser desviada lateralmente. Como a carga da partícula é negativa, o sentido de F será contrário àquele dado pela regra da mão direita. Assim, a segunda afirmação é verdadeira, e a terceira é falsa.

Um fio condutor enrolado em forma de solenóide encontra-se em repouso no interior de um campo magnético uniforme cuja intensidade (B) varia, em função do tempo (t), do modo indicado no gráfico abaixo. O campo magnético é perpendicular às espiras do solenóide. Nessas condições, indique qual dos seguintes gráficos melhor representa a corrente elétrica (i), induzida no solenóide, como função do tempo (t).

a)     

b)     

c)     

d)    

e)     

Um solenóide encontra-se em repouso no interior de um campo magnético uniforme, cuja intensidade B varia em função do tempo t, como indicado no gráfico: no intervalo de tempo de 0 a t₁, B aumenta uniformemente com o tempo; no intervalo de tempo de t₁ a t₂, ele é constante; no intervalo de tempo de t₂ a t₃, ele diminui uniformemente com o tempo. Segundo a Lei de Faraday da indução magnética, será induzida uma corrente elétrica i nas espiras do solenóide sempre que houver variação temporal do fluxo magnético F: DF/Dt = A x (DB / Dt), onde A é a área do solenóide perpendicular à direção do campo magnético, mantida constante na situação aqui descrita, e DB / Dt é a variação temporal do campo magnético. Portanto, no intervalo de tempo de t₁ a t₂, como B não varia, será nula a corrente elétrica induzida, o que elimina os gráficos das alternativas (C) e (E). A Lei de Lenz diz que a corrente elétrica induzida no solenóide tem um sentido tal que o campo magnético por ela criado tende a contrariar a variação do campo magnético que induz a corrente. Como B varia uniformemente nos intervalos de tempo de 0 a t₁ e de t₂ a t₃, o valor da corrente elétrica induzida será constante em cada um desses intervalos de tempo, eliminando-se o gráfico (D). A variação do campo magnético B é tal que ele aumenta de 0 a t₁ e diminui de t₂ a t₃. Sendo assim, a corrente elétrica induzida deverá ter sentidos contrários em cada um desses intervalos de tempo, eliminando-se o gráfico (B). O gráfico (A) é o que melhor representa a corrente elétrica i induzida no solenóide, como função do tempo t. Parte inferior do formulário

FERNANDA E MAURA 23A