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Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)

Questão discursiva 28 — Física: Eletromagnetismo — Campo Magnético Girante e Torque sobre Ímãs

Física Eletromagnetismo — Campo Magnético Girante e Torque sobre Ímãs

Discursiva Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) · Vestibular 2014 — Física · Questão 28

Resposta de referência elaborada por resolução técnica — não é o padrão da banca

Duas espiras verticais estacionárias com aproximadamente o mesmo diâmetro d, perpendiculares e isoladas eletricamente entre si, têm seu centro comum na origem de um sistema de coordenadas xyz, na qual também está centrado um ímã cilíndrico de comprimento l ≪ d e raio r ≪ l. O ímã tem seu polo norte no semieixo x positivo e pode girar livremente em torno do eixo vertical z, sendo mantido no plano xy. Numa das espiras, situada no plano yz, circula uma corrente I₁ = i cos(ωt), cujo sentido positivo é o anti-horário visto do semieixo x positivo, e na outra circula uma corrente I₂ = isen(ωt), cujo sentido positivo é o anti-horário visto do semieixo y positivo.
  1. (a)
    Desprezando a diferença de diâmetro entre as espiras, obtenha o campo magnético B⃗ na origem devido às correntes I₁ e I₂, na forma Bx x̂ + By ŷ.
  2. (b)
    Explique, por que, partindo do repouso em t = 0, o ímã adquire um movimento de rotação em torno de z. Em que sentido (horário ou anti-horário, visto a partir do semieixo z positivo) ocorre este giro?
  3. (c)
    Ao se aumentar gradativamente a frequência angular ω das correntes, nota-se que o ímã passa a girar cada vez mais rápido. Contudo, com o ímã inicialmente em repouso e se são repentinamente aplicadas correntes I₁ e I₂ de alta frequência angular, nota-se que o ímã praticamente não se move. Explique a(s) razão(ões).

Instrução da prova para as questões 21 a 30: "As questões dissertativas, numeradas de 21 a 30, devem ser desenvolvidas, justificadas e respondidas no caderno de soluções. Atente para os algarismos significativos."

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