Como ilustrado pela foto, o gerador de Van de Graaf, equipamento popular em parques de ciência, permite o…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Como ilustrado pela foto, o gerador de Van de Graaf, equipamento popular em parques de ciência, permite o acúmulo de cargas elétricas em uma cúpula metálica. A distribuição de cargas na cúpula de um desses geradores, quando ninguém a toca, pode ser considerada esférica. Dois desses geradores, A e B, estão separados por uma certa distância. O gerador A contém uma carga +Q, e o gerador B, uma carga +2Q, com Q > 0. [IMAGEM] Entre as alternativas, assinale aquela que melhor corresponde ao vetor campo elétrico resultante produzido pelos geradores no ponto médio P entre eles. [FUVEST 2024 - Questão 55] FUVEST - 2024
- A) ?
- B) ?
- C) ?
- D) ?
- E) nulo
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Identifique as cargas. O gerador A tem carga +Q e o gerador B tem carga +2Q, ambas positivas. Em P, o campo de cada carga puntiforme (ou esfera carregada vista de fora) aponta para longe da carga que o produz, pois as cargas são positivas. Passo 2: Calcule a distância de cada carga até P. Se a distância entre os geradores é d, então P está a d/2 de cada um. Passo 3: Calcule o módulo do campo de cada gerador em P, usando E = k|q|/r^2. Para A: E_A = k*Q/(d/2)^2 = 4kQ/d^2. Para B: E_B = k*2Q/(d/2)^2 = 8kQ/d^2. Passo 4: Compare as direções. O campo de B aponta do ponto P para o lado oposto a B, isto é, na direção de A. O campo de A aponta do ponto P para o lado oposto a A, isto é, na direção de B. Como os vetores estão na mesma reta e em sentidos opostos, o resultado é a subtração dos módulos. Passo 5: Determine o resultante. O módulo resultante é 8kQ/d^2 - 4kQ/d^2 = 4kQ/d^2, e o sentido é o do campo de maior módulo, ou seja, o campo de B, que aponta para o gerador A. Passo 6: Conclua. Na figura, a alternativa C é a única que representa um vetor horizontal, com módulo 4kQ/d^2, apontando para o gerador A. Por que as outras estão erradas: A ignora a carga maior de B e não considera a subtração correta; B inverte o sentido do vetor resultante; D soma os módulos em vez de subtraí-los; E assume que o campo é nulo por simetria, o que só valeria se as cargas fossem iguais.
💡 Dica: Calcule os campos elétricos individuais e faça a soma vetorial no ponto médio.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente considera apenas o campo de um dos geradores, ou soma os módulos sem perceber que os vetores têm sentidos opostos.
O aluno provavelmente acredita que o campo resultante aponta para a carga de maior valor, confundindo o campo de uma carga positiva com o de uma força atrativa.
CORRETA. O vetor campo elétrico aponta de A para B, ou seja, da carga menor para a maior.
O aluno soma os módulos dos campos (4kQ/d^2 + 8kQ/d^2) em vez de subtraí-los, pois não percebe que os vetores estão em sentidos opostos em P.
O aluno conclui que o campo é nulo por achar que as cargas positivas se anulam no ponto médio, sem considerar que as cargas têm valores diferentes (Q e 2Q).
Por que engana: O aluno pode confundir a direção do vetor resultante, somando incorretamente as magnitudes das forças sem considerar a direção das cargas.
Raio-X da questão
campo elétrico, superposição, cargas pontuais
avaliacao
campo elétrico · superposição de forças
Revisar cálculo de campo elétrico e princípio da superposição vetorial.
O aluno pode confundir a direção do vetor resultante, somando incorretamente as magnitudes das forças sem considerar a direção das cargas.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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