Questão 127 — ENEM 2024Caderno azul · 2º Dia

📋 Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Eletrostática → Campo Elétrico; Blindagem Eletrostática
• ⚡ Nível: Difícil — exige conhecer o comportamento do campo elétrico dentro e ao redor de um condutor oco (gaiola de Faraday/blindagem eletrostática).
• 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Analisar linhas de campo elétrico em configurações com condutores ocos, aplicando o conceito de blindagem eletrostática.
• 🏆 Gabarito: revelado após resolução completa

🔎 Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Como ficam as linhas de campo elétrico quando um cilindro metálico oco é colocado entre as barras carregadas?"
• Palavras-chave decisivas: barras com cargas opostas, cilindro metálico oco, linhas de campo elétrico, formato das linhas
• Armadilha típica: Não aplicar o conceito de blindagem eletrostática e desenhar linhas de campo passando pelo interior do cilindro condutor.
• O que a resposta precisa demonstrar: Que o interior de um condutor oco em equilíbrio eletrostático tem campo elétrico nulo — as linhas de campo não penetram no interior do cilindro.

📚 Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Blindagem eletrostática (gaiola de Faraday): Um condutor oco em equilíbrio eletrostático tem campo elétrico nulo em seu interior. As cargas se redistribuem na superfície externa do condutor, cancelando o campo interno. Linhas de campo não penetram no interior.
• Comportamento das linhas de campo externas: As linhas de campo entre as barras A (+) e B (-) se curvam ao redor do cilindro condutor, "desviando" para não entrar no interior. Na região externa, as linhas tangenciam a superfície do cilindro.
• Indução eletrostática: O cilindro condutor, ao ser colocado no campo externo, tem suas cargas redistribuídas: cargas negativas migram para o lado voltado para a barra positiva (+A) e cargas positivas para o lado voltado para a barra negativa (-B). O resultado é campo nulo interno.

🧭 Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "barras metálicas A e B com cargas opostas" → campo elétrico entre as barras com linhas indo de + para -.
• Evidência 2: "cilindro metálico oco entre as placas" → condutor introduzido no campo. Pela blindagem eletrostática, o interior deve ter campo nulo.
• Síntese: O esquema correto mostra linhas de campo elétrico passando ao redor do cilindro, sem penetrar em seu interior (que fica sem linhas de campo = campo nulo).

🧠 Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Descrever o campo sem o cilindro

Entre duas barras de cargas opostas (+A e -B), as linhas de campo saem da barra positiva (+) e terminam na barra negativa (-), aproximadamente paralelas no centro e curvando-se nas bordas.

Subpasso 4.2 — Analisar o efeito do cilindro condutor oco

Quando o cilindro é introduzido:

1. O campo externo induz redistribuição de cargas na superfície do cilindro.
2. As cargas na superfície do cilindro criam campo interno que cancela exatamente o campo externo no interior.
3. Campo resultante no interior = 0.
4. As linhas de campo externas se curvam ao redor do cilindro, não penetrando nele.
5. Na superfície externa do cilindro, as linhas de campo são perpendiculares à superfície.

Subpasso 4.3 — Identificar o esquema correto (alternativa E)

Conforme as alternativas visuais, o esquema E mostra: linhas de campo passando ao redor do cilindro, sem linhas no interior, com desvio das linhas ao redor da superfície cilíndrica. Isso é o comportamento físico correto da blindagem eletrostática.

✅❌ Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Conforme a imagem/figura apresentada.

❌ Incorreta: O esquema A provavelmente mostra linhas de campo passando pelo interior do cilindro — incorreto, pois condutores em equilíbrio têm campo interno nulo.

B) Conforme a imagem/figura apresentada.

❌ Incorreta: O esquema B possivelmente mostra linhas de campo sem curvatura ao redor do cilindro, não respeitando a redistribuição de cargas e blindagem eletrostática.

C) Conforme a imagem/figura apresentada.

❌ Incorreta: O esquema C pode mostrar linhas convergindo para o interior do cilindro ou configuração incompatível com a física de condutores em equilíbrio eletrostático.

D) Conforme a imagem/figura apresentada.

❌ Incorreta: O esquema D apresenta configuração incorreta das linhas de campo, possivelmente mostrando linhas perpendiculares incorretas ou ausência do desvio ao redor do cilindro.

E) Conforme a imagem/figura apresentada.

✅ Correta: O esquema E representa corretamente a blindagem eletrostática: linhas de campo desviadas ao redor do cilindro metálico oco, sem penetrar em seu interior, com campo elétrico nulo dentro do cilindro.

🏆 Gabarito: E — O cilindro metálico oco blinda o campo elétrico: as linhas de campo desviam ao redor do condutor, e o interior permanece sem campo elétrico (campo nulo).

🏁 Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Resumo do raciocínio: Condutor oco em campo externo → indução eletrostática → redistribuição de cargas na superfície → campo interno nulo → linhas de campo não penetram no interior.
• Generalização: A gaiola de Faraday é a aplicação prática da blindagem eletrostática. Exemplos: cabines de alta tensão, blindagem de equipamentos eletrônicos, interior de carros durante raios.
• Regra fundamental: No interior de qualquer condutor em equilíbrio eletrostático, o campo elétrico é sempre zero. Isso independe do formato do condutor.
• Dica visual: Em questões de linhas de campo com condutores, se houver um condutor fechado (oco), o interior deve estar sem linhas de campo. Elimine qualquer esquema com linhas dentro do condutor.
• Conexão tecnológica: Gaiolas de Faraday são usadas em: salas de servidores, caixas de equipamentos eletrônicos sensíveis, cabines de profissionais que trabalham com alta tensão, e o interior de fornos de micro-ondas (que impede a radiação de sair).