Resolução das atividades complementares Física ... - WebTVMarista

40 (Fuvest-SP) Um procedimento para estimar o campo magnético de um ímã baseia-se no movimento de
uma grande espira condutora E através desse campo. A espira retangular E é abandonada à ação da gravidade
entre os pólos do ímã de modo que, enquanto a espira cai, um de seus lados horizontais (apenas um) corta
perpendicularmente as linhas de campo. A corrente elétrica induzida na espira gera uma força eletromagnética
que se opõe a seu movimento de queda, de tal forma que a espira termina atingindo uma velocidade V
constante. Essa velocidade é mantida enquanto esse lado da espira estiver passando entre os pólos do ímã.
g
Espira:
b
a
A figura representa a configuração usada para medir o campo magnético, uniforme e horizontal, criado
entre os pólos do ímã. As características da espira e do ímã estão apresentadas na tabela. Para a situação em
que um dos lados da espira alcança a velocidade constante V 5 0,40 m/s entre os pólos do ímã, determine:
a) a intensidade da força eletromagnética F, em newtons, que age sobre a espira, de massa M, opondo-se à
gravidade no seu movimento de queda a velocidade constante;
b) o trabalho realizado pela força de gravidade por unidade de tempo (potência), que é igual à potência P
dissipada na espira, em watts;
c) a intensidade da corrente elétrica i, em ampères, que percorre a espira, de resistência R;
d) o campo magnético B, em tesla, existente entre os pólos do ímã.
(Adote: P 5 FV; P 5 i 2 R; F 5 Biº; desconsidere o campo magnético da Terra.)
Massa M 0,016 kg
Resistência R 0,10 �
Dimensões do ímã:
B
Largura a 0,20 m
Altura b 0,15 m
V
E
Resolução:
a) Como o movimento de queda da espira é retilíneo e uniforme, a resultante das forças que agem
na espira é nula. Portanto, a força magnética F equilibra o peso da espira P espira :
F 5 P espira → F 5 mg → F 5 0,016 ? 10
F 5 0,16 N
b) A potência P dissipada na espira é dada por:
P 5 F ? V → P 5 P espira ? V → P 5 0,16 ? 0,40
P 5 0,064 W
c) Como a potência P dissipada na espira também é dada por P 5 Ri 2 , a intensidade da corrente na
espira pode ser assim determinada:
P 5 Ri 2 → 0,064 5 0,10i 2
i 5 0,8 A
d) Como somente um trecho, de comprimento “a”, atravessa perpendicularmente as linhas de
campo, a força magnética que age nesse trecho é dada por F 5 Bia. Assim, o campo magnético B
pode ser determinado:
F 5 Bia → 0,16 5 B ? 0,8 ? 0,20
B 5 1T