Questão 78 do ENEM 2010 — Ciências da Natureza

ENEM 2010Ciências da Natureza1ª aplicação

Duas irmãs que dividem o mesmo quarto de estudos combinaram de comprar duas caixas com tampas para guardarem seus pertences dentro de suas caixas, evitando, assim, a bagunça sobre a mesa de estudos. Uma delas comprou uma metálica, e a outra, uma caixa de madeira de área e espessura lateral diferentes, para facilitar a identificação. Um dia as meninas foram estudar para a prova de Física e, ao se acomodarem na mesa de estudos, guardarem seus celulares ligados dentro de suas caixas. Ao longo desse dia, uma delas recebeu ligações telefônicas, enquanto os amigos da outra tentavam ligar e recebiam a mensagem de que o celular estava fora da área de cobertura ou desligado.

Para explicar essa situação, um físico deveria afirmar que o material da caixa, cujo telefone celular não recebeu as ligações é de

madeira, e o telefone não funcionava porque a madeira não é um bom condutor de eletricidade.

metal, e o telefone não funcionava devido à blindagem eletrostática que o metal proporcionava.

Resposta correta

metal, e o telefone não funcionava porque o metal refletia todo tipo de radiação que nele incidia.

metal, e o telefone não funcionava porque a área lateral da caixa de metal era maior.

madeira, e o telefone não funcionava porque a espessura desta caixa era maior que a espessura da caixa de metal.

Gabarito oficial: alternativa B

Resolução comentada

A situação descrita na questão envolve a comunicação de telefones celulares, que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Quando um celular é colocado dentro de um recipiente, a capacidade de receber ou enviar sinais depende diretamente do material do qual esse recipiente é feito.

A madeira é um material isolante (ou dielétrico). Ela não possui elétrons livres em quantidade significativa para interferir de forma drástica nas ondas eletromagnéticas de radiofrequência usadas pelos celulares. Portanto, as ondas conseguem atravessar a caixa de madeira, permitindo que o celular em seu interior continue recebendo ligações normalmente.

Por outro lado, o metal é um material condutor, rico em elétrons livres. Quando uma onda eletromagnética atinge uma superfície metálica fechada (como uma caixa com tampa), esses elétrons livres se movimentam rapidamente pela superfície do metal em resposta ao campo elétrico da onda. Essa redistribuição de cargas cria um campo elétrico induzido que anula o campo elétrico externo no interior da caixa. Em outras palavras, o campo elétrico resultante no interior do condutor fechado é nulo ( $\vec{E} = 0$ ).

Esse fenômeno é conhecido como Gaiola de Faraday ou blindagem eletrostática (que também atua como blindagem eletromagnética para certas frequências). Devido a essa blindagem, as ondas eletromagnéticas não conseguem penetrar no interior da caixa metálica, fazendo com que o celular fique sem sinal e, consequentemente, a operadora informe que ele está "fora da área de cobertura ou desligado".

Dessa forma, o telefone que não funcionava estava dentro da caixa de metal, e o motivo físico para isso é a blindagem eletrostática proporcionada pelo material condutor.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2010 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.