Duas barras isolantes, A e B, iguais, colocadas sobre uma mesa, têm em suas extremidades, esferas com cargas…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Construir questões, elaborar hipóteses, previsões e estimativas, empregar instrumentos de medição e representar e interpretar modelos explicativos, dados e/ou resultados experimentais para construir, avaliar e justificar conclusões no enfrentamento de situações-problema sob uma perspectiva científica.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Duas barras isolantes, A e B, iguais, colocadas sobre uma mesa, têm em suas extremidades, esferas com cargas elétricas de módulos iguais e sinais opostos. A barra A é fixa, mas a barra B pode girar livremente em torno de seu centro O, que permanece fixo. Nas situações I e II, a barra B foi colocada em equilíbrio, em posições opostas. Para cada uma dessas duas situações, o equilíbrio da barra B pode ser considerado como sendo, respectivamente, [FUVEST 2007 - Questão 16] FUVEST - 2007
- A) indiferente e instável.
- B) instável e instável.
- C) estável e indiferente.
- D) estável e estável.
- E) estável e instável.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- A barra B tem centro fixo em O e gira livremente, então o equilíbrio depende do torque que as cargas de A exercem sobre as cargas de B. Como as duas barras são iguais e as cargas de cada barra têm módulos iguais e sinais opostos, cada barra funciona como um dipolo elétrico. Passo 2: Nas situações I e II, a barra B fica alinhada com A, mas em posições opostas, ou seja, as extremidades de B trocam de lado. Passo 3: Na primeira posição, a carga de B mais próxima de uma carga de A tem sinal oposto a ela, e a atração entre cargas opostas faz o sistema tender a manter essa configuração de menor energia potencial. Se B for girada um pouco e solta, o torque a traz de volta à posição original, então o equilíbrio é estável. Passo 4: Na segunda posição, as cargas de mesmo sinal ficam mais próximas (ou a configuração é a de maior energia potencial). Qualquer pequeno desvio cria um torque que afasta B ainda mais da posição de equilíbrio, então o equilíbrio é instável. Passo 5: Conclusão: a situação I é de equilíbrio estável e a situação II é de equilíbrio instável, o que corresponde à alternativa E. Passo 6: Por que as outras estão erradas: a alternativa A considera a primeira posição como indiferente, o que só ocorreria se não houvesse torque restaurador; a alternativa B considera as duas posições instáveis, ignorando a configuração de menor energia; a alternativa C atribui equilíbrio indiferente a uma das posições, o que não acontece com cargas fixas em alinhamento; a alternativa D considera as duas posições estáveis, o que contradiz o fato de que uma delas é de máxima energia potencial.
💡 Dica: Analise as forças e torques que atuam na barra B para determinar o tipo de equilíbrio.
Alternativa por alternativa
Considera uma das posições de equilíbrio indiferente, como se a barra pudesse ficar em qualquer orientação sem torque. Ele não percebe que a outra orientação tem torque restaurador ou que a força de atração entre cargas opostas define uma posição preferencial.
Por que engana: Confundir os tipos de equilíbrio, classificando erroneamente o equilíbrio instável como estável.
Acredita que qualquer posição de equilíbrio de um dipolo é instável, sem comparar as energias potenciais das duas configurações. Assim, não reconhece que a configuração com cargas opostas mais próximas é a de menor energia.
Associa equilíbrio indiferente a uma das posições, provavelmente por achar que a barra simétrica pode girar sem mudar a energia. Ele ignora que o campo de A não é uniforme e que há torque em torno de O.
Supõe que todo equilíbrio em que as forças se compensam é estável, sem analisar o que ocorre após um pequeno giro. Ele não percebe que, na segunda posição, o desvio aumenta em vez de ser corrigido.
CORRETA. Na primeira situação, a barra B está em equilíbrio estável, pois qualquer pequena rotação a retorna à posição inicial. Na segunda situação, está em equilíbrio instável, pois qualquer pequena rotação a afasta da posição inicial.
Raio-X da questão
equilíbrio de torques e forças elétricas
avaliacao
equilíbrio de forças · torques em sistemas
Revisar conceitos de equilíbrio estático e forças elétricas entre cargas.
Confundir os tipos de equilíbrio, classificando erroneamente o equilíbrio instável como estável.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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