Suponha que um resistor com resistência
esteja sobre cada aresta de um cubo (um total de 12 resistores) e que os resistores sejam conectados nos vértices do cubo. Uma tensão
é aplicada entre os pontos
e
, sendo que
é o ponto de maior potencial. Usando simetria, mostre que em seis dos resistores passa corrente do mesmo valor
e que nos outros seis resistores passa corrente de valor
.
Passo 1
Vamos entender o que o exercício está nos pedindo. Temos um cubo onde cada aresta possui um resistor de resistência
, totalizando 12 resistores. Esses resistores estão conectados nos vértices do cubo. Uma tensão
é aplicada entre os pontos
e
, sendo que
é o ponto de maior potencial. Utilizando a simetria do sistema, precisamos mostrar que em seis dos resistores passa uma corrente de valor
e que nos outros seis resistores passa uma corrente de valor
.
Para resolver, vamos precisar entender conceitos de circuitos elétricos como Lei de Ohm, Lei de Kirchhoff e o uso da simetria em circuitos elétricos.
Passo 2
Primeiro, vamos visualizar o cubo com os resistores nas arestas. Cada vértice do cubo está conectado a três arestas, ou seja, a três resistores.
Como a tensão
é aplicada entre os pontos
e
, vamos considerar que
está em um vértice e
no vértice oposto (diagonal do cubo). Devido à simetria do cubo, podemos dividir os resistores em dois grupos: aqueles que estão diretamente ligados a
e
, e os que estão nos lados intermediários.
Passo 3
Vamos aplicar a simetria para simplificar a análise. Devido à simetria do cubo, alguns caminhos para a corrente são idênticos, o que significa que a corrente que passa por esses caminhos será a mesma.
Imagine que a corrente total que sai de
é
. Devido à simetria, essa corrente se divide igualmente pelos três resistores conectados a
, cada um levando uma corrente de
.
Passo 4
Agora, vamos considerar os resistores que ligam os vértices intermediários. Cada um desses resistores estará conectado a dois caminhos simétricos, o que faz com que a corrente se divida igualmente entre eles.
Portanto, a corrente que passa por cada um desses resistores intermediários será metade da corrente que passa pelos resistores ligados diretamente a
ou
.
Passo 5
Aplicando a Lei de Kirchhoff das Correntes, sabemos que a soma das correntes que entram em um nó é igual à soma das correntes que saem desse nó. Usando essa lei e a simetria do cubo, podemos determinar que seis resistores carregam uma corrente de
e os outros seis carregam uma corrente de
.
Resposta
Utilizando a simetria do cubo, demonstramos que seis resistores carregam uma corrente de valor
e os outros seis resistores carregam uma corrente de valor
.
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quando um resistor de resistência
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e
Você enquanto engenheiro(a)/arquiteto(a), foi chamado(a) para fazer uma análise de esforços de uma estrutura. Após a análise você deve sugerir ou indicar algum tipo de melhoramento em relação aos tipos de apoio, material aplicado e desenho da estrutura.
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.
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.