ONC · Física

Questões de Eletromagnetismo da ONC

3 questões oficiais da ONC sobre Eletromagnetismo, de 2016 a 2023, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 1 fácil, 1 média, 1 difícil.

Treine Eletromagnetismo com 3 questões da ONC

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Treinar Eletromagnetismo

2 questões de Eletromagnetismo resolvidas

Questão 1 · ONC 2023 · 3º ano do ensino médio · Questão 17difícil

O filme de maior bilheteria da história é Avatar. Ele é ambientado em Pandora, um satélite de um imenso planeta fictício do sistema estelar Alpha Centauri. Esse planeta possui diversas reservas de Unobtainium, um material que, se fosse real, possibilitaria uma revolução tecnológica, já que é supercondutor à temperatura ambiente. Atualmente, a supercondutividade só é manifestada por alguns materiais a temperaturas muito abaixo de 0 °C. No filme, montanhas ricas de Unobtainium aparecem levitando (animação abaixo e à esquerda) – comportamento apresentado por supercondutores quando colocados sobre um ímã (animação abaixo e à direita). Nessa situação, a supercondutividade atua como um forte diamagnetismo.

Cenas do filme Avatar e levitação por supercondutividade

Fontes: Avatar (2009) e youtu.be/8GY4m022tgo (adaptado).

Vamos adicionar algumas informações fictícias a esse ambiente para aplicar nossos conhecimentos científicos: I) Pandora possui o dobro da massa e o dobro do raio da Terra. II) As montanhas flutuantes localizam-se sobre o polo norte magnético de Pandora.

Levando em consideração o contexto apresentado, determine a alternativa correta.

A
O módulo do campo gravitacional na superfície de Pandora é igual ao do campo gravitacional na superfície da Terra.
B
Se existissem montanhas de Unobtainium aqui na Terra, elas poderiam ficar flutuando como ocorre com qualquer ímã.
C
Sobre o polo magnético Sul de Pandora, não seria possível existir montanhas flutuantes, já que elas são ímãs permanentes.
D
Na parte mais baixa de uma montanha flutuante em Pandora localiza-se seu polo magnético Sul.
E
As montanhas flutuantes são gigantescos eletroímãs cujas correntes são induzidas pelo campo magnético de Pandora.

Ver gabarito e resolução

Gabarito: E

O texto diz que o Unobtainium é supercondutor e que, nessa situação, atua como um forte diamagnético. Um supercondutor não é um ímã. Quando ele fica num campo magnético, aparecem nele correntes elétricas induzidas, que circulam sem resistência. Essas correntes criam um campo oposto ao que as gerou, e o material é repelido pelo ímã. Por isso a montanha flutua sobre o polo de Pandora: ela se comporta como um enorme eletroímã, cujas correntes são induzidas pelo campo do planeta. Essa é a alternativa E.

As outras:

A: g = G·M/R². Com o dobro da massa e o dobro do raio: 2M/(2R)² = metade do g da Terra, e não igual.
B: o Unobtainium não é ímã, e um ímã comum não flutua sobre a Terra.
C: as montanhas não são ímãs permanentes. Repulsão diamagnética acontece sobre qualquer polo, inclusive o Sul.
D: a corrente induzida cria, na face de baixo, um polo igual ao que está embaixo, para haver repulsão. Sobre o polo norte, a base seria um polo norte.

Resposta: E

Dica: material diamagnético (e o supercondutor ao extremo) sempre foge do ímã, seja qual for o polo.

Questão 2 · ONC 2017 · 3º ano do ensino médio · Questão 8média

Um vídeo disponibilizado na internet mostra um imã que possui propriedades incríveis. Constituído por uma combinação de 3 elementos químicos, ao ser aproximado de um pedaço de um tubo de um material não magnético, mas condutor de eletricidade, ele faz o tubo rolar. Em outro momento, o imã é solto dentro do tubo, sem entrar em contato com as paredes, mas passa lentamente pelo segmento, de forma desacelerada.

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=5BeFoz3Ypo4

Dados: Al (Z=13; [Ne] 3s² 3p¹); B (Z=5; [He] 2s² 2p¹); C (Z=6; 1s² 2s² 2p²); Cu (Z=29; [Ar] 3d¹⁰ 4s¹); Li (Z=3; [He] 2s¹); Fe (Z=26; [Ar] 3d⁶ 4s²); Nd (Z=60; [Xe] 4f⁴ 6s²).

Qual alternativa traz uma explicação correta em relação aos fenômenos observados?

A
Essa é uma derivação do princípio de conservação de energia, envolvendo o ímã feito de cobre, lítio e carbono e o tubo de alumínio.
B
A desaceleração que ocorre com o imã feito de alumínio, carbono e cobre, ao passar pelo tubo de boro, é resultante do efeito do campo magnético agindo sobre ele.
C
O tubo é feito de ferro e boro e sofre uma aceleração na presença do ímã de alumínio, lítio e carbono por causa da ação do campo elétrico que lhe foi induzido.
D
O imã é feito de neodímio, ferro e boro, e induz uma corrente elétrica no tubo de cobre. Essa produz um campo magnético que gera uma força contra o movimento do ímã indutor, diminuindo a velocidade da queda do mesmo.

Ver gabarito e resolução

Gabarito: D

O ímã superforte feito de três elementos é o ímã de neodímio, uma liga de neodímio, ferro e boro (Nd₂Fe₁₄B). O tubo é de um metal condutor e não magnético: o cobre (ferro seria magnético; boro não é um bom condutor).

Por que o ímã cai devagar? Quando o ímã se move dentro do tubo, o campo magnético que atravessa cada trecho do tubo varia. Pela lei de Faraday, isso induz correntes elétricas no cobre (correntes parasitas). Pela lei de Lenz, essas correntes criam um campo magnético que se opõe à variação que as produziu: elas freiam o ímã. O ímã cai devagar, sem tocar nas paredes.

O mesmo efeito explica o tubo rolar quando o ímã se aproxima: as correntes induzidas fazem o tubo interagir com o ímã em movimento.

As alternativas A, B e C erram a composição do ímã (cobre, lítio, alumínio e carbono não formam ímãs) e o material do tubo.

Resposta: D.

Dica: ímã em movimento perto de um condutor induz correntes que sempre atrapalham o movimento (lei de Lenz). É o princípio dos freios magnéticos.