Questão 112 — ENEM 2021 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Eletrodinâmica (circuitos elétricos, instrumentos de medida, bateria real)
• ⚡ Nível: Médio — exige aplicar as regras de conexão de amperímetro e voltímetro a um circuito com resistência interna, não apenas decorá-las isoladamente
• 🎯 Tema/Habilidade: Uso correto de amperímetro e voltímetro para caracterizar uma fonte real (EMF e resistência interna)
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre cinco montagens com voltímetro, amperímetro e resistência-teste R, qual mede corretamente V e I necessários para avaliar a carga da bateria?"
• Palavras-chave decisivas: resistência interna, tensão efetiva V, corrente I
• Armadilha típica: escolher por semelhança visual entre os cinco diagramas sem checar se o amperímetro está mesmo em série e o voltímetro mesmo em paralelo com o elemento certo (R, não com o amperímetro ou com a bateria).
• O que a resposta precisa demonstrar: que o amperímetro (resistência ≈0) só pode ir em série, e o voltímetro (resistência ≈∞) só pode ir em paralelo — e que apenas uma montagem aplica isso sobre R.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Bateria real: modelada como fonte ideal E em série com resistência interna r (é o que a figura mostra: bloco "Bateria" com ε e r). A tensão nos terminais externos é V = E − r·I, sempre menor que E quando há corrente.
• Amperímetro ideal: resistência interna ≈ 0; deve entrar em série no ramo cuja corrente se quer medir. Em paralelo, viraria um curto-circuito e desviaria a corrente.
• Voltímetro ideal: resistência interna ≈ ∞; deve entrar em paralelo com o componente cuja ddp se quer medir. Em série, bloquearia quase toda a corrente do circuito.
• Por que isso mede "carga": ao se descarregar/envelhecer, a resistência interna r de uma bateria tende a aumentar. Medir V e I com precisão permite calcular r = (E − V)/I, que funciona como indicador do estado da bateria.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "resistência interna disponibilizando uma tensão efetiva V inferior à sua tensão nominal E" → confirma V = E − r·I e exige medir V exatamente sobre R (equivalente aos terminais externos da bateria).
• Evidência 2: "determina-se sua carga pelo conhecimento da corrente I ... de tensão efetiva V, e da resistência interna" → I e V precisam ser lidos no mesmo ramo de R, sem que um instrumento atrapalhe o outro.
• Síntese: a questão testa se o candidato reconhece, entre cinco montagens, a única em que o amperímetro mede a corrente real de R (em série) e o voltímetro mede a tensão real sobre R (em paralelo), sem invasão de papéis.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Traduzir o modelo físico em exigência de montagem

A bateria real (ε em série com r, conforme a figura) fechada com R forma um único laço de corrente I. A tensão efetiva V é a ddp entre os terminais de R. A montagem correta precisa fornecer leituras "limpas" de I (no ramo de R) e V (sobre R).

Subpasso 4.2 — Aplicar as regras de ouro

O amperímetro deve estar em série com R, no mesmo laço da bateria, indicando exatamente a corrente I que entra na equação V = E − r·I. O voltímetro deve estar em paralelo apenas com R, sem incluir o amperímetro no trecho medido, captando a diferença de potencial real sobre a resistência-teste.

Subpasso 4.3 — Verificação com as alternativas

Só a configuração A cumpre as duas condições ao mesmo tempo: amperímetro no mesmo laço de R (mede I fielmente) e voltímetro ligado diretamente sobre R (mede V fielmente). Com R conhecido e E nominal, obtém-se r = (E − V)/I, permitindo avaliar a carga da bateria. Confirma-se o gabarito A.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Amperímetro em série no ramo de R; voltímetro em paralelo diretamente sobre R

✅ Correta: cada instrumento respeita sua regra de ouro sobre o componente certo — amperímetro em série (mede I sem desviar corrente) e voltímetro em paralelo com R (mede V sem drenar corrente relevante). Essa dupla de leituras permite calcular r = (E − V)/I.

B) Resistência R em paralelo com a bateria; amperímetro posicionado acima do voltímetro

❌ Incorreta: ao ligar R diretamente em paralelo com a bateria e empilhar o amperímetro junto ao voltímetro, o amperímetro deixa de estar isolado no ramo exclusivo de R, compartilhando um nó de baixíssima resistência. Ele "vê" um caminho quase de curto-circuito, desviando parte da corrente e invalidando a leitura de I.

C) Amperímetro em paralelo com o voltímetro, ambos após R

❌ Incorreta: ligar o amperímetro em paralelo com qualquer elemento — aqui, o voltímetro — é o erro clássico de instrumentação. Como sua resistência é praticamente nula, ele vira um curto-circuito: quase toda a corrente escoa por ele, e nem I nem V de R são medidos corretamente.

D) Amperímetro em série com R; voltímetro em paralelo com o próprio amperímetro

❌ Incorreta: o amperímetro está corretamente em série, mas o voltímetro mede a ddp sobre o amperímetro, não sobre R. Como a resistência do amperímetro ideal é ≈0, essa queda também é ≈0 — o voltímetro indicaria uma tensão próxima de zero, não a tensão efetiva V fornecida a R.

E) Voltímetro, amperímetro e R todos em paralelo entre si

❌ Incorreta: a montagem mais equivocada das cinco. O amperímetro em paralelo cria curto-circuito, desviando praticamente toda a corrente; nenhuma das grandezas V ou I é medida com significado físico.

🏆 Gabarito: A — única configuração em que o amperímetro (série, no ramo de R) e o voltímetro (paralelo, sobre R) medem exatamente I e V necessários para calcular a resistência interna r e avaliar a carga da bateria.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só a alternativa A respeita simultaneamente as duas regras de instrumentação sem misturar o papel de um instrumento com o do outro; as demais colocam o amperímetro em paralelo com algo (curto-circuito) ou fazem o voltímetro medir o elemento errado.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente testa instrumentos de medida elétrica pedindo para identificar, em diagramas, se o amperímetro está em série e o voltímetro em paralelo com o componente-alvo, muitas vezes em contextos aplicados como baterias reais.
• Generalização: antes de olhar as alternativas, fixe mentalmente "amperímetro = série, resistência ≈0" e "voltímetro = paralelo, resistência ≈∞", e verifique sobre qual componente cada instrumento está de fato conectado.
• Dica de eliminação rápida: descarte toda alternativa com amperímetro em paralelo com qualquer elemento (curto-circuito imediato — elimina B, C e E); entre as sobras, escolha a que tem o voltímetro sobre a resistência-teste R, não sobre o amperímetro (elimina D, resta A).
• Conexões: tema ligado à Lei de Ohm generalizada para fontes reais (V = E − r·I) e à determinação gráfica de E e r (gráfico V × I: coeficiente linear E, coeficiente angular −r).