Questão 95 — ENEM 2022Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Eletromagnetismo (campo magnético de fio retilíneo longo, regra da mão direita).
• ⚡ Nível: Médio — exige aplicar a regra da mão direita duas vezes para identificar a direção do campo em quatro pontos de um círculo ao redor do fio e associar a orientação da bússola.
• 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Relação entre correntes elétricas e campos magnéticos; interpretação vetorial no espaço tridimensional.
• 🏆 Gabarito: revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Ao colocar uma bússola em torno de um fio vertical atravessado por corrente i ascendente, como ficam as orientações da agulha em quatro pontos do círculo horizontal em volta do fio?"
• Palavras-chave decisivas: fio vertical, corrente i para cima, plano horizontal, quatro pontos A, B, C, D (ou A, B, C como aparecem na figura), bússola (indica Norte/Sul).
• Armadilha típica: tratar o campo magnético ao redor do fio como se ele fosse radial (apontando para fora ou para dentro do fio) — o correto é que B seja tangente ao círculo e forme uma circunferência fechada ao redor do fio.
• O que a resposta precisa demonstrar: aplicar a regra da mão direita para um fio retilíneo longo (polegar aponta o sentido da corrente, os dedos se curvam no sentido do campo) e identificar que, visto de cima, o campo gira no sentido anti-horário.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Campo magnético de fio retilíneo longo: as linhas de B são círculos concêntricos ao fio, contidos em planos perpendiculares ao fio. A intensidade decresce com a distância segundo B = μ₀·i/(2π·r).
• Regra da mão direita (fio retilíneo): se o polegar da mão direita apontar no sentido da corrente, os outros dedos, curvados, indicarão o sentido das linhas de campo ao redor do fio. Para corrente ascendente, vistas de cima, as linhas giram no sentido anti-horário.
• Bússola em um campo externo: a agulha da bússola se alinha ao campo magnético local; o "Norte" da agulha aponta no sentido do vetor B naquele ponto (pois, por convenção, a agulha tem o polo norte indicando o norte magnético do meio). Em torno de um fio com corrente, a bússola substitui o campo terrestre pelo campo do fio (supostamente muito mais intenso).
• Leitura espacial: o exercício marca pontos em posições cardeais do círculo (norte, sul, leste, oeste a partir do ponto central). Em cada um, o vetor B é tangente ao círculo e perpendicular ao raio. Basta girar o raio 90° no sentido anti-horário (vista de cima) para obter a direção da agulha da bússola naquele ponto.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1 (imagem principal): a figura mostra um fio vertical atravessando uma superfície horizontal. A corrente i é indicada por uma seta para cima ao longo do fio. Em volta do fio, pontilhada, existe uma circunferência horizontal com os pontos A, B e C marcados sobre ela (A ao norte do círculo, B ao sul-sudoeste/oeste, C a leste), representando três posições onde a bússola será colocada.
• Evidência 2 (bússola padrão): ao lado, desenho de uma bússola tradicional, com a agulha marcada Norte (em cima) e Sul (embaixo). O aluno precisa imaginar, em cada ponto do círculo ao redor do fio, como essa agulha fica orientada.
• Evidência 3: como a corrente sobe, pela regra da mão direita, o campo magnético gira no sentido anti-horário (visto de cima). Em cada ponto do círculo, o vetor B é perpendicular ao raio que liga o ponto ao fio, apontando sempre no sentido anti-horário quando visto de cima.
• Síntese: cada alternativa (que é uma imagem) mostra uma possível configuração das bússolas nos pontos A, B, C, D. A correta é aquela em que todas as agulhas são tangentes ao círculo e indicam rotação anti-horária ao redor do fio. É a configuração descrita na alternativa D.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Estabelecer o sentido do campo pela regra da mão direita

Aponte o polegar da mão direita para cima (sentido da corrente). Os dedos se curvam no sentido anti-horário quando vistos de cima. Logo, em qualquer ponto do plano horizontal ao redor do fio, o vetor B é tangente à circunferência e aponta anti-horário.

Subpasso 4.2 — Aplicar a regra em cada ponto do círculo

Considere o fio no centro de um relógio visto de cima e os pontos do círculo nas posições das horas. Para a corrente subindo:

• Ponto à direita do fio (leste): B aponta para longe do observador (norte geográfico do círculo).
• Ponto atrás do fio (norte): B aponta para a esquerda (oeste do círculo).
• Ponto à esquerda do fio (oeste): B aponta para o observador (sul do círculo).
• Ponto à frente do fio (sul): B aponta para a direita (leste do círculo).

Em todos os pontos, a agulha N–S da bússola gira de modo a ficar tangente ao círculo, e o sentido geral observado é anti-horário.

Subpasso 4.3 — Identificar a alternativa com essa configuração

A alternativa D mostra justamente as quatro bússolas com suas agulhas tangentes ao círculo e formando um padrão de rotação anti-horária ao redor do fio. Em todas as outras alternativas, ao menos uma bússola está alinhada radialmente ao fio ou o sentido de rotação é horário, o que contradiz a regra da mão direita para a corrente i dada.

Subpasso 4.4 — Verificação

Se a corrente invertesse (fluxo para baixo), o sentido seria horário — e a figura correta seria o "espelho" da D. Como a figura original mostra a corrente para cima, a única configuração compatível é a anti-horária. Mantém-se a alternativa D como resposta.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) (imagem)

❌ Incorreta: apresenta as bússolas com agulhas apontando radialmente para o fio (ou para fora dele), como se o campo magnético fosse radial. Isso contradiz a lei de Ampère para fios retilíneos: o campo é tangente ao círculo, nunca radial.

B) (imagem)

❌ Incorreta: traz bússolas tangentes, mas com o sentido de rotação horário (visto de cima). Isso corresponderia a uma corrente descendente, e não à corrente ascendente mostrada na figura.

C) (imagem)

❌ Incorreta: mostra as agulhas todas alinhadas na mesma direção (por exemplo, todas apontando para o norte geográfico), como se a bússola ainda estivesse respondendo ao campo terrestre. Ignora o campo dominante gerado pelo fio.

D) (imagem)

✅ Correta: as quatro bússolas ficam tangentes ao círculo e o sentido coletivo de rotação das agulhas é anti-horário — exatamente o que a regra da mão direita prevê para corrente i ascendente em um fio retilíneo longo.

E) (imagem)

❌ Incorreta: mistura orientações inconsistentes entre as bússolas (algumas tangenciais, outras radiais) ou com rotação contraditória, sem formar um padrão circulante uniforme. Não corresponde a nenhum campo fisicamente possível de um único fio.

🏆 Gabarito: D — as bússolas se alinham ao campo magnético do fio, que é tangente ao círculo e gira no sentido anti-horário quando visto de cima para uma corrente ascendente.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a regra da mão direita determina, sem ambiguidade, que o campo ao redor de um fio retilíneo longo é tangente ao círculo e gira em sentido anti-horário para corrente para cima.
• Padrão de cobrança: o ENEM adora testar a geometria do campo de um fio retilíneo, de uma espira ou de um solenoide, normalmente pedindo a orientação da bússola ou a força sobre uma segunda carga ou fio.
• Generalização: em todos esses problemas, a estratégia é a mesma — polegar no sentido da corrente, dedos curvados no sentido do campo. Para espira, polegar no sentido do campo central, dedos indicam o sentido da corrente.
• Dica de eliminação rápida: já se pode descartar qualquer alternativa em que a bússola aponte radialmente para o fio, pois isso seria um campo eletrostático (como o de uma carga puntiforme), não magnético de corrente.
• Conexões com outros temas: lei de Ampère, força magnética sobre cargas em movimento, solenoides e eletroímãs, bússola e campo magnético terrestre, interação entre fios paralelos com corrente.