EEAR 2022 (CFS 2) — questão 82 de Física

Enunciado em texto
Uma partícula (dimensões desprezíveis) de massa “m” e carga “+q” é lançada com uma velocidade “v” e desloca-se numa trajetória retilínea em direção ao núcleo de um átomo (considerado aqui no estado fundamental). Esse átomo submete essa partícula a um potencial coulombiano devido à carga “+Q” do núcleo.
À medida que se aproxima do núcleo a velocidade da partícula é reduzida até atingir o repouso a certa distância “R” do centro do núcleo. Logo em seguida, a partícula passa a se deslocar na mesma direção e no sentido oposto, afastando-se do núcleo. Considerando que:
I. a energia se conserva;
II. não há nenhuma outra influência sobre a partícula durante o deslocamento; e
III. o potencial coulombiano na posição de lançamento é zero.
Assinale a alternativa que indica corretamente a expressão para determinar essa distância “R” do centro do núcleo do átomo.
OBS: a constante eletrostática está representada por “k”.
a)
b)
c)
d)
(Enunciado: Exame de Admissão ao CFS 2/2022 — EEAR.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR), do Comando da Aeronáutica.
Resolução comentada
O que a questão pede: a menor distância entre a partícula e o núcleo, onde ela para e volta.
Passo 1 — conservação da energia. No lançamento, a partícula tem só energia cinética (o potencial lá é zero). No ponto de parada, a cinética virou toda energia potencial elétrica, :
Passo 2 — isolar R:
Conferindo: quanto mais rápida a partícula, menor o R (chega mais perto); quanto maiores as cargas, maior a repulsão e maior o R. A expressão faz as duas coisas.
⚠️ A armadilha: confundir potencial com energia potencial e esquecer a carga da partícula, o que dá a alternativa B. A energia é , e . Outra: usar a fórmula da força, , no lugar da energia, o que leva à raiz da alternativa C.
A ideia em uma frase: a partícula para quando toda a energia cinética virou energia potencial elétrica, kQq/R.
Resposta: alternativa D ().
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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