Um ímã cai ao longo de um comprido tubo metálico vertical. O tubo está evacuado, de modo que não há resistência do ar ao movimento do ímã, mas verifica-se que ele acaba atingindo uma velocidade terminal (velocidade constante). Explique este fenômeno.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um ímã que está caindo dentro de um tubo metálico evacuado, ou seja, sem ar. Apesar de não ter resistência do ar, o ímã atinge uma velocidade constante, conhecida como velocidade terminal. Para entender isso, vamos usar conceitos de magnetismo e induções eletromagnéticas.

Passo 2

Primeiro, quando o ímã começa a cair, ele se move em direção ao tubo metálico. Como o ímã tem um campo magnético, esse movimento faz com que o campo magnético do ímã passe através do tubo.

Passo 3

De acordo com a Lei de Faraday, uma mudança no campo magnético dentro de um circuito gera uma corrente elétrica nesse circuito. No caso, o tubo metálico atua como um circuito fechado para as correntes induzidas chamadas de correntes parasitas ou eddy currents.

Passo 4

A Lei de Lenz nos diz que a direção dessas correntes será tal que o campo magnético que elas produzem vai se opor à mudança que as causou. Então, as correntes no tubo criam um campo magnético que resiste ao movimento do ímã.

Passo 5

Essa resistência gerada pelas correntes no tubo atua como uma força contrária à força da gravidade que puxa o ímã para baixo. Eventualmente, essas duas forças se equilibram, fazendo com que o ímã pare de acelerar e continue descendo a uma velocidade constante, que é a velocidade terminal.

Resposta

O ímã atinge uma velocidade terminal porque o movimento gera correntes elétricas no tubo metálico, que através da Lei de Lenz criam um campo magnético oposto, equilibrando a força da gravidade e resultando em uma velocidade constante.

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