Questão 105, caderno azul do ENEM 2021 – DIA 2

Duas esferas carregadas com cargas iguais em módulo e sinais contrários estão ligadas por uma haste rígida isolante na forma de haltere. O sistema se movimenta sob ação da gravidade numa região que tem um campo magnético horizontal uniforme (B) , da esquerda para a direita. A imagem apresenta o sistema visto de cima para baixo, no mesmo sentido da aceleração da gravidade (g) que atua na região.

Visto de cima, o diagrama esquemático das forças magnéticas que atuam no sistema, no momento inicial em que as cargas penetram na região de campo magnético, está representado em

✍ “Resolução Em Texto”

Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Física (Eletromagnetismo: Força Magnética sobre Cargas em Movimento).
Regra da Mão Direita (ou Regra do Tapa).

Tema/Objetivo Geral:
Determinar a direção e o sentido da força magnética (Vetor Força de Lorentz) que atua sobre cargas elétricas (positiva e negativa) movendo-se dentro de um campo magnético uniforme.

Nível da Questão
Médio.
O conceito é simples, mas exige visão espacial 3D. O aluno precisa identificar que a velocidade está “entrando” na folha (devido à gravidade vista de cima) e aplicar corretamente a regra da mão para cargas de sinais opostos.

Gabarito
Letra A.
A alternativa está correta pois, aplicando a regra da mão direita, a força na carga positiva aponta para “baixo” (no plano do papel) e a força na carga negativa aponta para “cima” (sentido oposto).

1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo:
A questão descreve um “haltere” caindo. Ele tem uma bola positiva (+) e uma negativa (-).
Ele cai numa região onde existe um campo magnético.
O examinador quer saber: Para onde a força magnética empurra cada bola?
Para cima? Para baixo? Para os lados?

Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine que você está num Túnel de Vento Magnético.
O vento (campo magnético) sopra da esquerda para a direita.
Você (a carga) está caindo de paraquedas (movimento para dentro da folha).
A “mágica” do eletromagnetismo é que esse vento não te empurra para o lado; ele te empurra para cima ou para baixo, dependendo se você é “positivo” ou “negativo”.
Nossa missão é usar a “bússola da mão” para descobrir essa direção.

Plano de Ataque:

Definir os Vetores:
- Campo (BB): Horizontal para a direita (→→).
- Velocidade (vv): O texto diz “mesmo sentido da aceleração da gravidade” e mostra o símbolo ⊗⊗. Isso significa Entrando no Papel.
Aplicar a Regra da Mão: Usar a mão para achar a força na carga positiva.
Inverter para a Negativa: A carga negativa sofre força oposta à positiva.

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Vamos abrir o manual da Regra da Mão Direita.

Imagem 1: A Regra da Mão Espalmada (Regra do Tapa)

Como usar:
- Dedos esticados: Apontam para o Campo Magnético (B).
- Polegar: Aponta para a Velocidade da carga (I ou v).
- Palma da Mão (Tapa): Indica a Força (F) para Carga Positiva.
- Costas da Mão: Indica a Força (F) para Carga Negativa.
- Dica de Ouro: É a versão mais intuitiva para provas. “Dê um tapa com a positiva”.

Imagem 2: A Regra dos Três Dedos (Regra de Fleming)

Como usar: Faz-se uma “arminha” com os dedos perpendiculares (eixos X, Y, Z).
- Polegar = Força (F).
- Indicador = Campo (B).
- Médio = Velocidade (I ou v).
- Uso: É mais rígida, boa para quem tem dificuldade em visualizar a palma.

Imagem 3: A Regra para Fio (Oersted/Ampère)

Como usar: Polegar no fio (corrente), dedos girando.
- Atenção: Essa regra é para descobrir o campo magnético gerado por um fio, não a força sofrida por uma carga. Não use essa imagem para esta questão! Use a 1 ou a 2.

Conceito-Chave: Força Magnética é sempre perpendicular ao plano formado por v/I e B.

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos usar a Regra do Tapa (Imagem 1), que é a mais prática.

Situação 1: Carga Positiva (+)

Dedos (BB): Aponte para a Direita (→→).
Polegar (vv): Aponte para Dentro da tela/papel (como se estivesse furando a prova).
Palma da Mão (FF): Sua palma ficou virada para Baixo.
- Conclusão: A força na carga positiva é para baixo (↓↓).

Situação 2: Carga Negativa (-)

A configuração é a mesma (Dedos direita, Polegar entrando).
Mas a carga é negativa. A força sai das costas da mão.
Costas da Mão (FF): Suas costas ficaram viradas para Cima.
- Conclusão: A força na carga negativa é para cima (↑↑).

Resultado Final:
Positiva ↓↓(Baixo).
Negativa ↑↑(Cima).

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! O maior erro é na orientação da Velocidade (v ou I).
O desenho mostra o símbolo ⊗g⃗. Isso significa que a gravidade (e a queda) está entrando no plano. Muitos alunos acham que a gravidade é “para baixo” na folha (vetor ↓↓). Se você fizer isso, seu polegar apontará para baixo, seus dedos para a direita, e a força sairia do papel (entrando ou saindo), o que não tem nas alternativas.
Lembre-se: “Visto de cima” = você está olhando o chão. A queda é afastar-se de você (entrar).

A Bússola (O Perfil do Culpado):

Síntese do raciocínio: Carga (+) sofre força a favor do tapa (baixo). Carga (-) sofre força contra o tapa (cima).
Expectativa: Diagrama com seta para baixo na esquerda (+) e seta para cima na direita (-).

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

A) Seta para baixo na (+) e Seta para cima na (-).

Análise de Correspondência: Perfeita.
Análise: Corresponde exatamente à aplicação da regra da mão direita (tapa) considerando velocidade entrando e campo para a direita.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

B) Ambas para baixo.

Diagnóstico do Erro: Esquecer de inverter a negativa.
Análise: O aluno aplicou a regra corretamente na positiva, mas achou que a negativa sofria força para o mesmo lado. Cargas de sinais opostos sofrem forças opostas no mesmo campo.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

C) Forças horizontais (uma contra a outra).

Diagnóstico do Erro: Confusão com Força Elétrica (Coulomb).
Análise: Cargas opostas se atraem eletricamente, sim. Mas a questão pede a Força Magnética. A força magnética é sempre perpendicular à velocidade, nunca na mesma linha horizontal do campo (neste caso).
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

D) Ambas para cima.

Diagnóstico do Erro: Erro na Regra da Mão (Inversão).
Análise: O aluno pode ter colocado o polegar “saindo” do papel (subindo) em vez de “entrando” (caindo). Ou usou a mão esquerda sem querer.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

E) Seta para cima na (+) e Seta para baixo na (-).

Diagnóstico do Erro: Inversão Total.
Análise: O aluno inverteu a regra (usou mão esquerda ou errou o sentido da velocidade). Deu o resultado oposto ao correto.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento:
A interação entre movimento e magnetismo cria forças perpendiculares: ao “cair” num campo magnético horizontal, a carga positiva é empurrada para baixo e a negativa para cima, um efeito puramente vetorial ditado pela Força de Lorentz.

Resumo-flash (A Imagem Mental):
Entrou no campo? Tapa na Positiva, Costas na Negativa.

🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Conecte isso com o Efeito Hall.
Esse fenômeno de separação de cargas (positiva para um lado, negativa para o outro) quando um condutor atravessa um campo magnético é o princípio do Efeito Hall. Isso cria uma diferença de potencial (voltagem) nas pontas da haste. É assim que funcionam os sensores de velocidade das rodas nos freios ABS dos carros!