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TC DE FÍSICA Nº 1 — 3ª SÉRIE / ENSINO MÉDIO
PROFESSOR
Edney Melo
ALUNO(A): Nº
TURMA: TURNO: DATA: / /
COLÉGIO:
OSG 4427/
Ari Duque de Caxias Ari Washington Soares Ari Aldeota Da 7ª Série ao Pré-Vestibular Sede Hildete de Sá Cavalcante (da Educação Infantil ao Pré-Vestibular) Rua Monsenhor Catão, 1655 Av. Duque de Caxias, 519 - Centro - Fone: (85) 3255.2900 Av. Washington Soares, 3737 - Edson Queiroz - Fone: (85) 3477.2000 (Em construção) (Praça do Carmo) Clubinho do Ari - Av. Edílson Brasil Soares, 525 - Fone:(85) 3278.
Introdução ao Eletromagnetismo
As histórias da Eletricidade e do Magnetismo se desenvolveram de forma independente durante muito tempo. Entretanto, a partir de certo momento, descobriu-se a conexão entre ambos, que acabou dando origem ao Eletromagnetismo. Segundo conta a lenda, foi na Magnésia, região da Grécia antiga, que o primeiro fenômeno “magnético” foi observado: um pastor de ovelhas teria notado que a ponta de ferro de seu cajado ficava presa quando encostava em determinadas pedras. Presume-se que tais pedras eram pedaços de magnetita, que é um ímã natural, conhecido como óxido de ferro (Fe 3 O 4 ). A maioria dos ímãs utilizados atualmente é artificial e apresentam inúmeras aplicações práticas. Segundo alguns autores, o nome Magnetismo deriva de Magnésia, região onde foi observado o primeiro fenômeno “magnético”. Para outros autores, o termo Magnetismo advém de Magnes, o nome do pastor de ovelhas que teria constatado o primeiro fenômeno “magnético”.
Os pólos de um ímã
Colocando-se um ímã em contato com limalha (fragmentos) de ferro, observa-se que ela adere ao ímã, predominantemente nas regiões extremas, conforme a figura abaixo. Essas regiões são os pólos do ímã.
Pólo norte e pólo sul de um ímã
Suspendendo-se um ímã pelo seu centro de gravidade, de modo que possa girar livremente, nota-se que ele se orienta aproximadamente na direção norte-sul geográfica do local. O pólo norte (N) do ímã é a região que se volta para o norte geográfico (NG) e o pólo sul (S), a região que se volta para o sul geográfico (SG) de acordo com a figura a seguir.
O fato de um ímã se orientar permitiu aos chineses a invenção da bússola, um instrumento constituído de um ímã leve em forma de losango, denominado agulha magnética, que gira em torno de um eixo fixo em uma caixa dotada de pontos cardeais.
Interação entre os pólos de um ímã
Experimentalmente, constata-se que pólos de mesmo nome (norte e norte ou sul e sul) colocados próximos, repelem- se e pólos de nomes contrários (norte e sul), atraem-se.
Inseparabilidade dos pólos de um ímã
Ao serrarmos um ímã reto transversalmente, cada parte obtida não apresenta um pólo único (inexistência de um monopólo magnético). Surgem na região de corte pólos de nomes contrários aos dos extremos, de modo que cada parte obtida é um novo ímã, completo. Isso significa que não é possível separar os pólos de um ímã e obter partes com um pólo somente.
Se serrarmos transversalmente as partes obtidas, teremos partes menores que ainda são ímãs completos. Assim, procedendo sucessivamente, chegaremos aos átomos, no caso de um ímã de ferro. Deste modo, os átomos funcionam como pequenos ímãs. São os ímãs elementares.
Ímãs permanentes e ímãs temporários
Existem corpos constituídos de certos materiais que, ao serem aproximados de um ímã, facilmente se magnetizam, isto é, convertem-se em outros ímãs. Tais materiais são chamados ferromagnéticos. É o caso, por exemplo, do ferro, do
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cobalto do níquel e de ligas especiais, como o alnico (liga de alumínio, níquel e cobalto).
Observe na figura acima que o pólo norte do ímã “induz”, na região do corpo que lhe está próxima, um pólo sul e, na região mais afastada, um pólo norte. Entre o corpo e o ímã ocorre atração: o corpo sofre imantação. Se afastarmos o ímã, o corpo magnetizado perde imediatamente a imantação, estamos diante de um ímã temporário. É o que acontece com o ferro doce (ferro com baixo teor de carbono). Se o corpo mantiver a imantação, ele será um ímã permanente. É o que ocorre com certos tipos de aço e com o alnico.
O campo magnético de um ímã
Ao aproximarmos um ímã de uma agulha magnética, esta sofre um desvio. Isso significa que o ímã modifica, de algum modo, as propriedades dos pontos do espaço que o envolve. Dizemos que ele origina nesse espaço um campo magnético. Para medir a ação do ímã, associamos, a cada ponto do campo, uma grandeza vetorial denominada vetor indução magnética ou, simplesmente, vetor campo magnético,
representado por B
G
Colocada num ponto P de um campo magnético, uma agulha magnética assume certa posição de equilíbrio, de acordo com a figura da esquerda.
A direção do vetor B
G
em P é aquela em que se dispõe
a agulha magnética e o sentido de B
G
é aquele para onde seu pólo norte aponta, conforme a figura da direita.
As linhas de indução
A cada ponto do campo magnético associa-se um vetor
indução magnética B
G
. As linhas que tangenciam o vetor B
G
em cada ponto são denominadas linhas de indução. O sentido das
linhas de indução acompanha o sentido dos vetores B
G
. Elas partem do pólo norte do ímã e chegam ao pólo sul.
Campo Magnético Uniforme
Se dobrarmos um ímã em forma de barra, as linhas de indução tornam-se retas paralelas, só deformando-se nas extremidades. O campo magnético entre as faces paralelas pode ser considerado uniforme.
O campo magnético terrestre
Vimos que um ímã, suspenso pelo seu centro de gravidade, orienta-se aproximadamente na direção norte-sul geográfica do local. Isso significa que existe um campo magnético criado pela Terra, na direção do qual o ímã suspenso se orienta. É o campo magnético terrestre. Em seu livro De magnete (Sobre o ímã) , publicado em 1600, William Gilbert (1544-1603), explicando a orientação que as bússolas adquirem, afirma que “o próprio globo terrestre é um grande ímã”. De fato, podemos associar a Terra a um grande ímã, com o pólo sul magnético aproximadamente no norte geográfico e o pólo norte magnético aproximadamente no sul geográfico.
Corpo constituído de material ferromagnético
Ao ser aproximado do ímã o corpo se magnetiza Ímã
N S N S
B
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a) eles se atrairão, pois x é pólo norte e y é pólo sul. b) eles se atrairão, pois x é pólo sul e y é pólo norte. c) eles se repelirão, pois x é pólo norte e y é pólo sul. d) eles se repelirão, pois x é pólo sul e y é pólo norte.
- (UFRGS-RS) A figura a representa uma metade magnetizada de uma lâmina de barbear, com os pólos norte e sul indicados, respectivamente, pelas letras N e S. Primeiramente, esta metade de lâmina é dividida em três pedaços, como indica a figura b. A seguir, os pedaços 1 e 3 são colocados lado a lado, como indica a figura c.
Nestas condições, podemos afirmar que os pedaços 1 e 3 se ________________, pois P assinala um pólo __________ e Q um pólo __________________.
A alternativa que preenche corretamente as lacunas na afirmativa anterior é: a) atrairão — norte — sul b) atrairão — sul — norte c) repelirão — norte — sul d) repelirão — sul — norte e) atrairão — sul — sul
- (FUVEST-SP) Um ímã, em forma de barra, de polaridade N (norte) e S (sul), é fixado numa mesa horizontal. Um outro ímã semelhante, de polaridade desconhecida, indicada por A e T, quando colocado na posição mostrada na figura 1, é repelido para a direita. Quebra-se esse ímã ao meio e, utilizando as duas metades, fazem-se quatro experiências, representadas nas figuras I, II, III e IV, em que as metades são colocadas, uma de cada vez, nas proximidades do ímã fixo.
Indicando por “nada” a ausência de atração ou repulsão da parte testada, os resultados das quatro experiências são, respectivamente, a) I — repulsão; II — atração; III — repulsão; IV — atração. b) I — repulsão; II — repulsão; III — repulsão; IV — repulsão. c) I — repulsão; II — repulsão; III — atração; IV — atração. d) I — repulsão; II — nada; III — nada; IV — atração. e) I — atração; II — nada; III — nada; IV — repulsão.
- (UNIRIO-RJ) Dois ímãs estão dispostos em cima de uma mesa de madeira, conforme a figura.
F 1 é a força que o ímã II exerce sobre o ímã I, enquanto
que este exerce uma força F 2 , sobre o ímã II. Considerando que F 1 e F 2 representam os módulos dessas duas forças, podemos afirmar que: a) F 1 = F 2 ≠ 0. b) F 1 = F 2 = 0. c) F 2 < F 1 , pois o pólo Norte atrai o pólo Sul. d) F 2 > F 1 , pois o pólo Sul atrai o pólo Norte. e) as forças são diferentes, embora não se possa afirmar qual é a maior.
- (VUNESP) Nas demonstrações populares de supercondutivi- dade elétrica, é comum a exibição de um ímã “flutuando” sobre o material supercondutor. Neste caso, a configuração das linhas de campo magnético em torno do ímã fica semelhante à da figura abaixo.
Para explicar a existência de uma força igual e oposta ao peso do ímã, e que o mantém suspenso, pode-se imaginar que a função do supercondutor equivale a se colocar um “ímã imagem” em seu lugar, igual ao ímã real e convenientemente orientado dentro da região tracejada. O “ímã imagem”, em conjunto com o ímã real, criaria na região externa ao supercondutor a configuração de linhas de campo indicada na figura. A representação adequada do “ímã imagem” dentro da região tracejada é:
a)
b)
c)
d)
e)
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- (UFRGS-RS) Em certa localidade, a componente horizontal do campo magnético terrestre tem módulo B. Uma agulha de bússola, que só pode se mover no plano horizontal, encontra-se alinhada com essa componente. Submetendo a bússola à ação de um campo magnético adicional, dirigido horizontalmente na direção perpendicular a B, a agulha assume nova posição de equilíbrio, ficando orientada a 45o^ em relação à direção original. Pode-se concluir que o módulo do campo adicional é a) B/ 2 b) B/ c) B d) 2 /B e) 2B
- (UFMG) As afirmativas estão relacionadas com forças e campos observados na natureza. Assinale a afirmativa INCORRETA. a) O campo magnético da Terra possibilita a utilização de bússolas como instrumentos de orientação. b) A atração de pedacinhos de papel por um pente atritado no cabelo se deve a uma força de natureza elétrica. c) O movimento dos planetas em torno do Sol é uma manifestação de uma força gravitacional. d) O fenômeno das marés é devido à atração de grandes massas de água pelo campo magnético da Lua.
Exercícios Propostos
- (UFSCar-SP) Um menino encontrou três pequenas barras homogêneas e, brincando com elas, percebeu que, dependendo da maneira como aproximava uma da outra, elas se atraíam ou se repeliam. Marcou cada extremo das barras com uma letra e manteve as letras sempre voltadas para cima, conforme indicado na figura.
Passou, então, a fazer os seguintes testes: I. aproximou o extremo B da barra 1 com o extremo C da barra 2 e percebeu que ocorreu atração entre elas; II. aproximou o extremo B da barra 1 com o extremo E da barra 3 e percebeu que ocorreu repulsão entre elas; III. aproximou o extremo D da barra 2 com o extremo E da barra 3 e percebeu que ocorreu atração entre elas.
Verificou, ainda, que, nos casos em que ocorreu atração, as barras ficaram perfeitamente alinhadas. Considerando que, em cada extremo das barras representado por qualquer uma das letras, possa existir um único pólo magnético, o menino concluiu, corretamente, que: a) as barras 1 e 2 estavam magnetizadas e a barra 3 desmagnetizada. b) as barras 1 e 3 estavam magnetizadas e a barra 2 desmagnetizada.
c) as barras 2 e 3 estavam magnetizadas e a barra 1 desmagnetizada. d) as barras 1, 2 e 3 estavam magnetizadas. e) necessitaria de mais um único teste para concluir sobre a magnetização das três barras.
- (Vunesp) A figura representa um ímã em forma de barra, que vai ser cortado em duas partes.
Logo em seguida ao corte, pode-se observar que os pedaços resultantes: a) se repelem, se o corte for na linha a ou na linha b. b) se atraem, se o corte for na linha a ou na linha b. c) se repelem, se o corte for na linha a , e se atraem, se o corte for na linha b. d) se atraem, se o corte for na linha a , e se repelem, se o corte for na linha b. e) não interagem, se o corte for na linha a , e se atraem, se o corte for na linha b.
- (Mackenzie-SP) As linhas de indução de um campo magnético são: a) o lugar geométrico dos pontos, onde a intensidade do campo magnético é constante. b) as trajetórias descritas por cargas elétricas num campo magnético. c) aquelas que em cada ponto tangenciam o vetor indução magnética, orientadas no seu sentido. d) aquelas que partem do pólo norte de um ímã e vão até o infinito. e) nenhuma das anteriores é correta.
- (UFMG) Fazendo uma experiência com dois ímãs em forma de barra, Júlia colocou-os sob uma folha de papel e espalhou limalhas de ferro sobre essa folha. Ela colocou os ímãs em duas diferentes orientações e obteve os resultados mostrados nas figuras I e II.
Nessas figuras, os ímãs estão representados pelos retângulos. Com base nessas informações, é correto afirmar que as extremidades dos ímãs voltadas para a região entre eles podem corresponder às seguintes polaridades: a) norte e norte na figura I e sul e norte na figura II. b) norte e norte na figura I e sul e sul na figura II. c) norte e sul na figura I e sul e norte na figura II. d) norte e sul na figura I e sul e sul na figura II.
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- (PUCCAMP-SP) Quando se suspende uma agulha imantada pelo centro de gravidade, ela assume uma posição que forma um ângulo y, com o plano horizontal e outro ângulo x com o plano meridiano geográfico do local. Somente o ângulo x está representado no esquema. Esses ângulos variam de ponto para ponto na superfície terrestre. De acordo com o conhecimento científico atual, a causa mais provável dessa variação é a) o movimento de translação da Terra. b) o movimento de rotação da Terra. c) a radiação resultante das explosões solares. d) o efeito magnético da água no subsolo. e) o efeito das correntes elétricas no interior da Terra.
- (UFSC) No início do período das grandes navegações européias, as tempestades eram muito temidas. Além da fragilidade dos navios, corria-se o risco de ter a bússola danificada no meio do oceano. Sobre esse fato, é CORRETO afirmar que:
- a agitação do mar podia danificar permanentemente a bússola.
- a bússola, assim como os metais (facas e tesouras), atraía raios que a danificavam.
- o aquecimento do ar produzido pelos raios podia desmagnetizar a bússola.
- as gotas de chuva eletrizadas pelos relâmpagos podiam danificar a bússola.
- o campo magnético produzido pelo raio podia desmagnetizar a bússola.
- a forte luz produzida nos relâmpagos desmagnetizava as bússolas, que ficavam geralmente no convés.
SOMA: ________
- (UFSM-RS) O campo magnético é uniforme em uma determinada região, quando as linhas de campo a) são paralelas. b) direcionam-se para o pólo norte. c) direcionam-se para o pólo sul, aproximando-se por diferentes direções. d) afastam-se do pólo norte em todas as direções e aproximam-se do pólo sul. e) afastam-se do pólo sul e direcionam-se para o pólo norte.
say160805/LUA
