FMABC 2020 — questão 60 de Física

Gabarito EMagnetismo — partícula carregada em MCU num campo magnético uniformeMedicina · Prova de Conhecimentos Gerais · Versão 1
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 60 de Física do FMABC 2020

Enunciado em texto

Duas partículas, X e Y, eletricamente carregadas com carga positiva, são lançadas, separadamente e com a mesma velocidade, em uma região onde existe um campo magnético uniforme. A força de origem magnética que atua sobre a partícula X é o dobro da que atua sobre a partícula Y, e as partículas descrevem trajetórias circulares tais que o raio da trajetória da partícula X é o dobro do raio da trajetória da partícula Y.

[Figura: dois retângulos azuis, cada um com o símbolo ⊗B⃗\vec{B} (campo entrando no plano). Em cada um, uma partícula (X à esquerda, Y à direita) entra por uma fenda na borda de baixo com velocidade v⃗\vec{v} vertical para cima e descreve uma semicircunferência para a esquerda. O raio da trajetória de X, RXR_X, é visivelmente o dobro do raio da trajetória de Y, RYR_Y.]

Sendo QXQ_X e QYQ_Y os valores das cargas elétricas e MXM_X e MYM_Y as massas das partículas X e Y, respectivamente, pode-se afirmar que

(A) QX=4QYQ_X = 4Q_Y e MX=2MYM_X = 2M_Y

(B) QX=2QYQ_X = 2Q_Y e MX=MYM_X = M_Y

(C) QX=2QYQ_X = 2Q_Y e MX=2MYM_X = 2M_Y

(D) QX=4QYQ_X = 4Q_Y e MX=4MYM_X = 4M_Y

(E) QX=2QYQ_X = 2Q_Y e MX=4MYM_X = 4M_Y

(Enunciado e figura: Vestibular FMABC 2020, Medicina, Prova de Conhecimentos Gerais — FMABC/Vunesp.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Centro Universitário FMABC e à Fundação VUNESP.

Resolução comentada

O que a questão pede: a relação entre as cargas e entre as massas de X e Y.

Passo 1 — a carga, pela força. A velocidade é perpendicular ao campo, então a força magnética vale F=Q v BF = Q\,v\,B. Mesma velocidade e mesmo campo: a força é proporcional à carga. Se a força em X é o dobro:

QX=2 QYQ_X = 2\,Q_Y

Passo 2 — a massa, pelo raio. A força magnética faz o papel de resultante centrípeta:

Q v B=M v2R⇒R=M vQ BQ\,v\,B = \frac{M\,v^2}{R} \Rightarrow R = \frac{M\,v}{Q\,B}

Isolando a massa: M=Q B R/vM = Q\,B\,R/v. Com v e B iguais, a massa é proporcional ao produto Q·R:

MXMY=QXQY⋅RXRY=2×2=4\frac{M_X}{M_Y} = \frac{Q_X}{Q_Y} \cdot \frac{R_X}{R_Y} = 2 \times 2 = 4

Conferindo: com MX=4MYM_X = 4M_Y e QX=2QYQ_X = 2Q_Y, o raio Mv/(QB)Mv/(QB) de X fica 4/2 = 2 vezes o de Y, como no enunciado.

⚠️ A armadilha: achar que, como a carga dobrou, “o raio dobrou por causa da massa” e marcar a alternativa C. Mais carga diminui o raio (a força é maior); para o raio ainda dobrar, a massa tem de compensar isso e ainda dobrar: fica 4 vezes maior.

A ideia em uma frase: a força magnética qvB mede a carga; o raio R = Mv/(QB) mede a razão massa/carga.

Resposta: alternativa E (QX=2QYQ_X = 2Q_Y e MX=4MYM_X = 4M_Y).

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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