Ano 2023#fisica#eletromagnetismo#forca-magnetica#correntes-paralelas#oscilacoes#mola#ITA#2023#fase2#discursiva

Sobre o tema

Esta questão aborda a interação entre eletromagnetismo e mecânica, envolvendo duas barras condutoras paralelas. A barra 1, alimentada por uma fonte de tensão contínua, gera um campo magnético que exerce força sobre a barra 2, inicialmente percorrida por corrente constante e presa a uma mola. Quando a fonte de corrente é desconectada, a barra 2 oscila sob ação da mola, e a velocidade máxima é obtida por conservação de energia. O problema exige calcular a força magnética entre correntes paralelas, a deformação inicial da mola e relacionar a energia potencial elástica com a cinética. Conceitos como condutividade, densidade e geometria das barras são essenciais para determinar a resistência e a massa.

Tópicos relacionados

  • Força magnética entre correntes paralelas
  • Conservação de energia em sistemas massa-mola
  • Resistência elétrica e condutividade
  • Movimento harmônico simples

Enunciado

Considere duas barras metalicas longas, $1$ e $2$, dispostas paralelamente uma a outra, em um plano horizontal sem atrito. Seja $L$ o comprimento das barras; $2r$, o diametro da secao transversal circular; $\rho$, a densidade volumetrica de massa; e $\sigma$, a condutividade eletrica. A barra $1$ esta conectada a uma fonte de tensao continua $U_1$. A barra $2$ e presa em seu centro de massa por uma mola de constante elastica $k$. Inicialmente, a barra $2$ esta conectada a uma fonte de corrente $I_2$ e encontra-se em equilibrio estatico a uma distancia $d$ da barra $1$. No instante $t_1$, a fonte de corrente e desconectada da barra $2$, a qual passa a mover-se livremente no plano. Calcule a velocidade maxima adquirida pela barra $2$.

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Perguntas frequentes

Como calcular a força magnética entre dois fios paralelos longos?

A força por unidade de comprimento é F/L = μ0 I1 I2 / (2π d), onde μ0 é a permeabilidade do vácuo, I1 e I2 são as correntes e d a distância entre os fios. A força é atrativa se as correntes têm mesmo sentido.

Qual a relação entre condutividade elétrica e resistência?

A resistência R de um condutor é R = L/(σ A), onde L é o comprimento, A a área da seção transversal e σ a condutividade. Quanto maior a condutividade, menor a resistência.

Como determinar a velocidade máxima de um oscilador massa-mola?

A velocidade máxima ocorre na posição de equilíbrio da mola. Pela conservação de energia, a energia potencial elástica inicial (1/2 k x0^2) se converte inteiramente em cinética (1/2 m v^2), resultando v_max = x0 √(k/m).

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