FisicaNet - Prof. Alberto Ricardo Prass
QUESTÕES RESOLVIDAS
QUESTÕES RESOLVIDAS
Física > Eletrodinâmica > Associação de Resistores > 2016
Difícil ENEM 2016
Questão 59

Por apresentar significativa resistividade elétrica, o grafite pode ser utilizado para simular resistores elétricos em circuitos desenhados no papel, com o uso de lápis e lapiseiras. Dependendo da espessura e do comprimento das linhas desenhadas, é possível determinar a resistência elétrica de cada traçado produzido. No esquema foram utilizados três tipos de lápis diferentes (2H, HB e 6B) para efetuar três traçados distintos.

Esquema dos três tipos de traçados com lápis 2H, HB e 6B.

Munido dessas informações, um estudante pegou uma folha de papel e fez o desenho de um sorvete de casquinha utilizando-se desses traçados. Os valores encontrados nesse experimento, para as resistências elétricas (R), medidas com o auxílio de um ohmímetro ligado nas extremidades das resistências, são mostrados na figura. Verificou-se que os resistores obedeciam à Lei de Ohm.

Desenho do sorvete de casquinha com as resistências entre os terminais A, B e C.

Na sequência, conectou o ohmímetro nos terminais A e B do desenho e, em seguida, conectou-o nos terminais B e C, anotando as leituras \(R_{AB}\) e \(R_{BC}\), respectivamente.

Ao estabelecer a razão \(\frac{R_{AB}}{R_{BC}}\), qual resultado o estudante obteve?

Alternativas
A) 1
B) \(\frac{4}{7}\) Correta
C) \(\frac{10}{27}\)
D) \(\frac{14}{81}\)
E) \(\frac{4}{81}\)
Resolução Comentada

1. Cálculo da resistência equivalente entre os terminais A e B (\(R_{AB}\)).

Ao conectar o ohmímetro entre A e B, o terminal C fica em aberto. Observam-se três ramos paralelos conectados entre A e B:

  • Ramo superior direto: resistor de \(5\text{ k}\Omega\);
  • Ramo intermediário direto: resistor de \(20\text{ k}\Omega\);
  • Ramo inferior (via C): dois resistores de \(10\text{ k}\Omega\) em série (\(10 + 10 = 20\text{ k}\Omega\)).

Primeiro, calculamos a resistência equivalente do paralelo entre o ramo intermediário e o ramo inferior:

\[R_{p1} = \frac{20 \cdot 20}{20 + 20} = 10\text{ k}\Omega\]

Em seguida, associamos esse resultado em paralelo com o resistor superior de \(5\text{ k}\Omega\):

\[R_{AB} = \frac{5 \cdot 10}{5 + 10} = \frac{50}{15} = \frac{10}{3}\text{ k}\Omega\]

2. Cálculo da resistência equivalente entre os terminais B e C (\(R_{BC}\)).

Ao conectar o ohmímetro entre B e C, o terminal A fica em aberto. Há dois caminhos em paralelo entre B e C:

  • Caminho direto entre B e C: resistor de \(10\text{ k}\Omega\);
  • Caminho via A: os resistores de \(5\text{ k}\Omega\) e \(20\text{ k}\Omega\) entre A e B estão em paralelo, conectados em série com o resistor de \(10\text{ k}\Omega\) entre A e C.

A resistência equivalente entre A e B no trecho via A vale:

\[R_{AB,trecho} = \frac{5 \cdot 20}{5 + 20} = \frac{100}{25} = 4\text{ k}\Omega\]

Somando em série com o resistor de \(10\text{ k}\Omega\) entre A e C:

\[R_{via A} = 4 + 10 = 14\text{ k}\Omega\]

Calculando a resistência equivalente final em paralelo entre B e C:

\[R_{BC} = \frac{10 \cdot 14}{10 + 14} = \frac{140}{24} = \frac{35}{6}\text{ k}\Omega\]

3. Cálculo da razão \(\frac{R_{AB}}{R_{BC}}\).

\[\frac{R_{AB}}{R_{BC}} = \frac{\frac{10}{3}}{\frac{35}{6}} = \frac{10}{3} \cdot \frac{6}{35} = \frac{60}{105} = \frac{4}{7}\]

Conclusão: Alternativa (B).