Estreia da série Questões Resolvidas: a partir de agora, todo dia tem uma bateria de questões aqui no Clique Vestibular — e com uma regra de ouro: só questão REAL, que já caiu em prova. Nada de questão inventada. Cada uma é transcrita fielmente do exame original, com a fonte visível (banca, ano e número da questão, quando identificado), a figura original da prova quando a questão tem, o gabarito oficial da banca e uma resolução comentada nossa, passo a passo, no bloco recolhível depois de cada questão.
A bateria de estreia é de Física — eletrostática: eletrização por atrito, blindagem eletrostática, precipitador industrial, capacitor de desfibrilador, linhas de campo, Lei de Coulomb e campo elétrico, em questões do ENEM, Fuvest, Unicamp e PUC/RJ. Tente resolver antes de abrir cada resolução. Bom treino!
Questão 1 — Eletrização por atrito (a tirinha do Garfield)
Fonte: ENEM 2020 — Ciências da Natureza (2º dia), questão 121 (caderno cinza)
Por qual motivo ocorre a eletrização ilustrada na tirinha?
- A) Troca de átomos entre a calça e os pelos do gato.
- B) Diminuição do número de prótons nos pelos do gato.
- C) Criação de novas partículas eletrizadas nos pelos do gato.
- D) Movimentação de elétrons entre a calça e os pelos do gato.
- E) Repulsão entre partículas elétricas da calça e dos pelos do gato.
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Gabarito oficial: D. Quando o Garfield se esfrega na calça, há atrito entre dois materiais diferentes — e, na eletrização por atrito, quem se transfere de um corpo para o outro são os elétrons. Um dos corpos fica com elétrons em excesso (negativo) e o outro, em falta (positivo). É por isso que os pelos do gato arrepiam no último quadrinho: eletrizados com cargas de mesmo sinal, os fios se repelem. As demais alternativas erram no básico: não há troca de átomos (A), prótons não se movem nem diminuem — estão presos no núcleo (B) —, carga não é criada do nada (C) e a repulsão entre os pelos é consequência da eletrização, não a causa dela (E).
Questão 2 — Blindagem eletrostática: o celular na caixa
Fonte: ENEM 2010 — Ciências da Natureza (2º dia)
Duas irmãs que dividem o mesmo quarto de estudos combinaram de comprar duas caixas com tampas para guardarem seus pertences dentro de suas caixas, evitando, assim, a bagunça sobre a mesa de estudos. Uma delas comprou uma metálica, e a outra, uma caixa de madeira de área e espessura lateral diferentes, para facilitar a identificação. Um dia as meninas foram estudar para a prova de Física e, ao se acomodarem na mesa de estudos, guardaram seus celulares ligados dentro de suas caixas. Ao longo desse dia, uma delas recebeu ligações telefônicas, enquanto os amigos da outra tentavam ligar e recebiam a mensagem de que o celular estava fora da área de cobertura ou desligado.
Para explicar essa situação, um físico deveria afirmar que o material da caixa, cujo telefone celular não recebeu as ligações é de
- A) madeira, e o telefone não funcionava porque a madeira não é um bom condutor de eletricidade.
- B) metal, e o telefone não funcionava devido à blindagem eletrostática que o metal proporcionava.
- C) metal, e o telefone não funcionava porque o metal refletia todo tipo de radiação que nele incidia.
- D) metal, e o telefone não funcionava porque a área lateral da caixa de metal era maior.
- E) madeira, e o telefone não funcionava porque a espessura desta caixa era maior que a espessura da caixa de metal.
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Gabarito oficial: B. A caixa metálica é um condutor fechado em volta do celular: ela funciona como uma gaiola de Faraday. Em um condutor em equilíbrio eletrostático, as cargas se distribuem pela superfície externa e o campo elétrico no interior é nulo — é a blindagem eletrostática. Sem campo (e sem as ondas do sinal) alcançando o aparelho, o celular fica “fora de área”. A caixa de madeira, material isolante, não produz esse efeito, e o outro celular recebeu as ligações normalmente. Área e espessura (D e E) são distrações do enunciado: o que decide é a natureza condutora do metal.
Questão 3 — Por que o carro protege dos raios?
Fonte: ENEM 2020 — Ciências da Natureza (2º dia)
Há muitos mitos em relação a como se proteger de raios, cobrir espelhos e não pegar em facas, garfos e outros objetos metálicos, por exemplo. Mas, de fato, se houver uma tempestade com raios, alguns cuidados são importantes, como evitar ambientes abertos. Um bom abrigo para proteção é o interior de um automóvel, desde que este não seja conversível.
OLIVEIRA, A. Raios nas tempestades de verão. Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 10 dez. 2014 (adaptado).
Qual o motivo físico da proteção fornecida pelos automóveis, conforme citado no texto?
- A) Isolamento elétrico dos pneus.
- B) Efeito de para-raios da antena.
- C) Blindagem pela carcaça metálica.
- D) Escoamento da água pela lataria.
- E) Aterramento pelo fio terra da bateria.
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Gabarito oficial: C. É o mesmo fenômeno da questão anterior, agora em escala de carro: a carcaça metálica forma uma cavidade condutora — uma gaiola de Faraday. Se um raio atinge o veículo, a carga se distribui pela superfície externa da lataria e o campo elétrico no interior é praticamente nulo, protegendo os ocupantes. A alternativa A é o mito mais famoso do tema: os pneus não são os responsáveis — uma descarga que já atravessou quilômetros de ar (um isolante) não seria detida por alguns centímetros de borracha. Antena (B), água escoando (D) e fio terra da bateria (E) não têm relação com o fenômeno.
Questão 4 — O precipitador eletrostático da indústria
Fonte: ENEM PPL 2022 — Ciências da Natureza (2º dia), questão 92 (caderno rosa)
Para reduzir a poluição atmosférica gerada pela emissão de fumaça por grandes indústrias, utilizam-se precipitadores eletrostáticos. Sua função é suprimir os gases poluentes antes que sejam lançados para a atmosfera. A figura ilustra um precipitador constituído, basicamente, por uma entrada e uma saída de gases e por um fio grosso de cobre, conectado a uma fonte de tensão. O acúmulo de cargas no fio de cobre induz a polarização das partículas poluentes. Os gases poluídos são injetados pela entrada de gases, e os gases sem poluentes são lançados na atmosfera pela saída do precipitador.
No precipitador eletrostático, as partículas poluentes são
- A) atraídas e se acumulam no fio carregado.
- B) decompostas em moléculas não poluentes.
- C) ionizadas e podem ser lançadas na atmosfera.
- D) repelidas pelo fio carregado e se acumulam na parede do tubo.
- E) induzidas a fazer ligações iônicas, formando íons não poluentes.
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Gabarito oficial: A. O próprio enunciado entrega o mecanismo: o acúmulo de cargas no fio induz a polarização das partículas poluentes. Polarizada, cada partícula fica com o lado de sinal oposto ao do fio voltado para ele — e, como esse lado está mais próximo, a atração vence: a partícula é puxada para o fio e nele se acumula, saindo do fluxo de gás. O gás que sobe e sai pela saída já está sem os poluentes sólidos. Não há decomposição química (B), ninguém lança partícula ionizada na atmosfera — seria o contrário do objetivo (C) —, não é repulsão para a parede (D) e “ligações iônicas” aqui é só distração com vocabulário de química (E).
Questão 5 — O capacitor do desfibrilador
Fonte: ENEM Digital 2020 — Ciências da Natureza (2º dia)
O desfibrilador salva vidas de pessoas que são acometidas por ataques cardíacos ou arritmias. Ele dispõe de um capacitor que pode ser carregado por uma fonte com uma alta tensão. Usando o desfibrilador, pode-se fornecer energia ao coração, por meio de um choque elétrico, para que ele volte a pulsar novamente em seu ritmo normal. Um socorrista dispõe de um desfibrilador com capacitor de 70 microfarads que pode armazenar cerca de 220 J de energia, quando conectado a uma tensão de 2 500 V.
O valor da carga armazenada por esse desfibrilador, em coulomb, é de
- A) 0,015.
- B) 0,088.
- C) 0,175.
- D) 3,15.
- E) 11,4.
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Gabarito oficial: C. A relação fundamental do capacitor é Q = C · U. Substituindo (70 microfarads = 70 × 10−6 F): Q = 70 × 10−6 × 2 500 = 0,175 C. E dá para conferir com a energia do enunciado: U = Q · V / 2 = 0,175 × 2 500 / 2 ≈ 219 J, que é o “cerca de 220 J” da questão — os dados são consistentes. Quem erra costuma cair na B (0,088, metade do valor, por misturar as fórmulas) ou esquecer que microfarad é 10−6.
Questão 6 — Linhas de campo e o cilindro metálico oco
Fonte: ENEM 2024 — Ciências da Natureza (2º dia)
Em um experimento de laboratório, duas barras metálicas, A e B, são carregadas com cargas opostas e imersas em óleo. Farelo de milho é jogado sobre o óleo e, após um certo tempo, o farelo assume o formato das linhas de campo elétrico entre as barras. A figura representa a vista superior desse experimento.
Ao repetir o experimento colocando um cilindro metálico oco entre as placas, o esquema que representa o formato das linhas de campo assumido pelo farelo é:
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Gabarito oficial: E. Entre as barras, sem nada no meio, o campo é aproximadamente uniforme e o farelo desenha linhas paralelas de A (+) para B (−). Ao colocar o cilindro metálico oco — um condutor — no caminho, duas coisas acontecem: (1) em equilíbrio eletrostático, o campo elétrico no interior da cavidade de um condutor é nulo, então dentro do cilindro não há linha nenhuma (o farelo ali não se alinha); (2) fora dele, as linhas se deformam para contornar o cilindro, concentrando-se nas laterais. É exatamente o esquema E. O esquema A finge que o cilindro não existe; B e D desenham linhas atravessando o interior oco (e em D elas ainda se cruzam, o que linhas de campo nunca fazem); C inverte o sentido do campo.
Questão 7 — Lei de Coulomb: a resultante no triângulo
Fonte: Fuvest 2019 — 1ª fase
Três pequenas esferas carregadas com carga positiva ocupam os vértices de um triângulo, como mostra a figura. Na parte interna do triângulo, está afixada outra pequena esfera, com carga negativa q. As distâncias dessa carga às outras três podem ser obtidas a partir da figura.
Sendo Q = 2 × 10−4 C, q = −2 × 10−5 C e d = 6 m, a força elétrica resultante sobre a carga q
(A constante k0 da lei de Coulomb vale 9 × 109 N · m²/C²)
- a) é nula.
- b) tem direção do eixo y, sentido para baixo e módulo 1,8 N.
- c) tem direção do eixo y, sentido para cima e módulo 1,0 N.
- d) tem direção do eixo y, sentido para baixo e módulo 1,0 N.
- e) tem direção do eixo y, sentido para cima e módulo 0,3 N.
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Gabarito oficial: E. Como q é negativa e as três cargas dos vértices são positivas, as três forças sobre q são de atração (apontam de q para cada vértice). Pela figura, q está sobre a mediana do triângulo: a distância até o vértice superior é d e até cada vértice da base é d√2 (a hipotenusa do triângulo retângulo de catetos d e d).
Força do vértice superior: F1 = k0 · Q · |q| / d² = 9 × 109 × 2 × 10−4 × 2 × 10−5 / 6² = 36 / 36 = 1,0 N, vertical, para cima.
Forças dos vértices da base: F2 = F3 = k0 · Q · |q| / (2d²) = 0,5 N cada, inclinadas a 45°. Pela simetria, as componentes horizontais se cancelam; as verticais (para baixo) somam 2 × 0,5 × cos 45° ≈ 0,7 N.
Resultante: 1,0 − 0,7 = 0,3 N, na direção do eixo y e sentido para cima — alternativa e. (Quem considera só a força de cima cai na c; quem soma os módulos sem decompor, na b.)
Questão 8 — Pintura eletrostática: a força resultante no centro do quadrado
Fonte: Unicamp 2014 — 1ª fase
A atração e a repulsão entre partículas carregadas têm inúmeras aplicações industriais, tal como a pintura eletrostática. As figuras abaixo mostram um mesmo conjunto de partículas carregadas, nos vértices de um quadrado de lado a, que exercem forças eletrostáticas sobre a carga A no centro desse quadrado. Na situação apresentada, o vetor que melhor representa a força resultante agindo sobre a carga A se encontra na figura
- a) figura a (vetor horizontal para a direita).
- b) figura b (vetor diagonal para baixo e para a esquerda).
- c) figura c (vetor diagonal para cima e para a direita).
- d) figura d (vetor horizontal para a esquerda).
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Gabarito oficial: D (a força resultante é o vetor horizontal para a esquerda, da figura d). A carga A vale −q e está no centro, à mesma distância dos quatro vértices. Os vértices da esquerda têm carga +q: atraem A, com força de módulo F cada. Os da direita têm carga −2q: repelem A — e com força de módulo 2F, porque a carga é o dobro. Repare no truque: atração para a esquerda e repulsão a partir da direita empurram A para o mesmo lado. Decompondo: as componentes verticais se cancelam duas a duas (a de cima compensa a de baixo), e todas as componentes horizontais apontam para a esquerda. A resultante é, portanto, horizontal e para a esquerda — figura d.
Questão 9 — Bola carregada em um campo elétrico vertical
Fonte: Unicamp 2020 — 1ª fase, questão 76
Em 2019, a Profa. Dra. Ada Yonath, prêmio Nobel de Química em 2009, anunciou uma nova estrutura de transistor ambipolar, composto majoritariamente por DNA. Considerando a estrutura de um transistor real, este é apenas um exemplo na redução do tamanho dos componentes eletrônicos. Um transistor é um dispositivo eletrônico que visa controlar a passagem de corrente elétrica em um dado sistema usando um campo elétrico. Admitindo o modelo de uma bola de isopor de massa m e carga positiva q suspensa por um fio ideal próximo de uma placa com campo elétrico vertical para baixo de modulo E = 5000 V/m. Agora imagine que esta bola seja solta de uma altura Δh, em relação à placa, atingindo-a com velocidade v. Considere a aceleração gravitacional como g = 10 m/s2, desenhos fora de escala e que as variações de outros possíveis parâmetros físicos são insignificantes perante os presentes no problema.
Se trocarmos a bola de isopor por uma de massa 2m e carga q, então a sua velocidade v2 ao atingir a placa será
- a) v2 > v, se qE/m > 10.
- b) v2 > v, se qE/m < 10.
- c) v2 < v, sempre.
- d) v2 = v, sempre.
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Gabarito oficial: C. Sobre a bola atuam duas forças, ambas para baixo: o peso (m · g) e a força elétrica (q · E — a carga é positiva e o campo aponta para baixo, então a força elétrica tem o mesmo sentido do campo). A aceleração de queda é a = g + qE/m. Para a bola de massa 2m com a mesma carga q, a aceleração cai para a2 = g + qE/(2m): a parte elétrica é “diluída” pela massa dobrada. Partindo do repouso e caindo da mesma altura Δh, vale v² = 2 · a · Δh: quem tem maior aceleração chega com maior velocidade. Como a > a2 sempre (q, E e m são positivos), a bola original chega mais rápido — ou seja, v2 < v, sempre: alternativa c.
Questão 10 — Equilíbrio entre duas cargas fixas
Fonte: PUC/RJ 2018
Uma carga positiva Q está fixa no ponto (0,0). Outra carga positiva 4Q está fixa no ponto (1,0), ambas no plano xy, e todas as distâncias dadas em metros. Entre essas duas cargas, sobre o eixo x, uma terceira carga é colocada em equilíbrio.
A abscissa x, em m, dessa terceira carga é:
- a) 0,25
- b) 0,33
- c) 0,40
- d) 0,50
- e) 0,66
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Gabarito oficial: B. Entre as duas cargas fixas, as forças sobre a terceira carga têm sentidos opostos (qualquer que seja o sinal dela); o equilíbrio exige módulos iguais: k · Q / x² = k · 4Q / (1 − x)². Cancelando k e Q e extraindo a raiz quadrada dos dois lados: 1/x = 2/(1 − x), ou seja, 1 − x = 2x, donde x = 1/3 ≈ 0,33 m — medidos a partir da carga +Q (a posição de equilíbrio fica mais perto da carga menor, como era de se esperar). Repare que o resultado não depende nem do valor nem do sinal da terceira carga.
Resumo da bateria: 1) D · 2) B · 3) C · 4) A · 5) C · 6) E · 7) E · 8) D · 9) C · 10) B. Quantas você acertou? Amanhã tem outra bateria de Questões Resolvidas aqui no Clique Vestibular — outra matéria, outras 10 questões reais de prova, com resolução comentada. Bons estudos!