PUC-Campinas 2020 — questão 40 de Física
Enunciado em texto
A figura mostra a região entre duas placas planas, paralelas e eletrizadas com cargas de sinais opostos, que produzem, nessa região, um campo elétrico uniforme, com direção perpendicular aos planos das placas e sentido da placa positiva para a placa negativa. Nessa região, existe também um campo magnético uniforme.
[Figura: duas placas horizontais, a de cima com cargas “+” e a de baixo com cargas “−”. Entre elas, à esquerda, uma partícula (bolinha preta) com o vetor apontando para a direita; à direita, o vetor apontando para baixo.]
Uma partícula eletrizada com carga elétrica positiva foi lançada entre essas placas com velocidade de direção perpendicular ao campo elétrico, com sentido da esquerda para a direita. Considerando desprezível a ação do campo gravitacional, para que a partícula mantenha um movimento retilíneo e uniforme na região entre as placas, o campo magnético deve ter direção
(A) paralela à do campo elétrico, mas com sentido oposto.
(B) paralela à da velocidade da partícula, com o mesmo sentido.
(C) paralela à da velocidade da partícula, mas com sentido oposto.
(D) perpendicular ao plano da figura, com sentido para fora da folha.
(E) perpendicular ao plano da figura, com sentido para dentro da folha.
(Enunciado e figura: Vestibular PUC-Campinas 2020, Prova Geral — PUC-Campinas.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de Campinas (PUC-Campinas).
Resolução comentada
O que a questão pede: a direção e o sentido do campo magnético que deixam a partícula em movimento retilíneo e uniforme.
Passo 1 — a força elétrica. A carga é positiva, então a força elétrica tem o sentido de : para baixo, com módulo .
Passo 2 — o que o MRU exige. Em MRU a força resultante é nula. Sem gravidade, só sobra a força magnética para equilibrar a elétrica. Ela tem de apontar para cima e ter módulo .
Passo 3 — B não pode ser paralelo a v. Se fosse paralelo à velocidade (B ou C), a força magnética seria nula (, com θ = 0° ou 180°) e a força elétrica desviaria a partícula para baixo. Se fosse paralelo a (A), a força magnética seria perpendicular ao plano da figura e não cancelaria uma força vertical.
Passo 4 — regra da mão direita (tapa). Para carga positiva, . Polegar para a direita (velocidade), palma empurrando para cima (força): os outros dedos, que dão o sentido de , apontam para dentro da folha.
Conferindo pelo produto vetorial: com x para a direita, y para cima e z saindo da folha, . Velocidade em +x e campo para dentro (−z) dão força para cima (+y), como queríamos.
⚠️ A armadilha: errar a regra da mão (usar a esquerda, ou trocar dedos) e marcar campo para fora da folha (alternativa D). Com o campo para fora, a força magnética apontaria para baixo, somando-se à elétrica em vez de cancelá-la.
A ideia em uma frase: para a carga seguir reto, a força magnética tem de cancelar a elétrica: com v para a direita e força para cima, B entra na folha.
Resposta: alternativa E (perpendicular ao plano da figura, para dentro da folha).
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.