São Camilo 2022 — questão 35 de Física

Enunciado em texto
Partículas beta são elétrons originados em núcleos de determinados átomos instáveis, sendo ejetadas desses núcleos com velocidades que podem ser próximas à da luz. Desejando-se fazer um levantamento do número de partículas beta em função de sua velocidade, foi elaborado um dispositivo em que as partículas beta ejetadas de uma fonte radioativa são desviadas por um campo magnético uniforme de intensidade constante que as obriga a percorrer uma trajetória curva de raio 1 m, no interior de um tubo encurvado em que é mantido o vácuo, até a chegada ao detector, como mostrado na figura.
[Figura: uma região quadrada com campo magnético saindo do plano do papel (símbolos ⊙). Um tubo entra pela parte de baixo, vindo da “fonte radioativa”, sobe, faz uma curva de um quarto de circunferência para a esquerda e sai pelo lado esquerdo, terminando no “detector”.]
A expressão que determina a intensidade do campo magnético necessário para que as partículas beta, de carga elétrica de módulo e e massa m, percorram o tubo de sua fonte até o detector, com velocidade de intensidade v, é:
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(Enunciado e figura: Vestibular São Camilo 2022, Medicina, Prova II — São Camilo/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Centro Universitário São Camilo e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: o campo magnético que faz um elétron de velocidade v seguir a curva de raio 1 m do tubo.
Passo 1 — a força magnética é a centrípeta. A velocidade é perpendicular ao campo, então a força magnética tem intensidade e é sempre perpendicular à velocidade: ela não muda o módulo da velocidade, só a direção, e faz o elétron descrever um arco de circunferência. Essa força é a resultante centrípeta:
Passo 2 — com R = 1 m: o raio vale 1, e a expressão fica (com B em teslas, m em kg, v em m/s e e em coulombs)
Conferindo o sentido da curva: pela regra da mão direita, para uma carga positiva subindo com saindo do papel, a força apontaria para a direita. O elétron tem carga negativa, então a força aponta para a esquerda, e é para lá que o tubo faz a curva. Confere.
⚠️ A armadilha: inverter a fração e escrever (alternativa C). Pense no significado: partícula mais pesada ou mais rápida é mais difícil de desviar, então precisa de campo maior: m e v ficam no numerador.
A ideia em uma frase: num campo magnético uniforme, a força qvB faz o papel de centrípeta: R = mv/(qB), ou B = mv/(qR).
Resposta: alternativa B ().
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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