UFU 2011-2 — questão 19 de Física

Enunciado em texto
A Física de partículas é um campo de conhecimento que explora características de partículas subatômicas, as quais podem oferecer respostas para questões sobre a origem do universo, por exemplo. Muitos estudos nessa área são feitos a partir da análise do comportamento de tais partículas ao serem submetidas a campos magnéticos.
Imagine que uma partícula desconhecida, a uma velocidade de m/s, penetra pelo ponto A, perpendicularmente a um campo magnético uniforme de indução magnética T, e sai pelo ponto B, descrevendo uma trajetória circular de raio 21 cm, conforme ilustra a figura ao lado.
[Figura: uma região com campo magnético uniforme entrando na página (símbolos ×), limitada à esquerda por uma reta vertical. A partícula vem da esquerda com velocidade horizontal, para a direita, e entra no campo pelo ponto A, na reta. Dentro do campo, ela descreve uma semicircunferência de raio R, curvando-se para baixo, e sai pelo ponto B, na mesma reta, abaixo de A. O centro da semicircunferência está na reta, no meio do caminho entre A e B.]
Sobre essa partícula, é correto afirmar que
A) trata-se de um elétron, e sua massa é de Kg
B) trata-se de um elétron, e sua massa é de Kg
C) trata-se de um próton, e sua massa é de Kg
D) trata-se de um nêutron, e sua massa é de Kg
(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFU 2011-2, 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: o sinal da carga (pelo sentido da curva) e a massa da partícula (pelo raio da trajetória).
Passo 1 — o sinal da carga. A força magnética é . Em A, a velocidade aponta para a direita e o campo entra na página. Para uma carga positiva, a regra da mão direita (polegar na velocidade, dedos no campo, palma dá a força) dá força para cima. Mas a partícula curva para baixo, rumo ao centro da circunferência: a carga é negativa. Isso descarta o próton (positivo) e o nêutron (sem carga, não seria desviado).
Passo 2 — o raio da trajetória. A força magnética faz o papel de resultante centrípeta:
Passo 3 — a massa. O enunciado não dá a carga; use a carga elementar, C (a do elétron), com m:
É a massa do elétron, kg (a pequena diferença vem do arredondamento dos dados). Carga negativa e essa massa: elétron.
Conferindo: com a massa do elétron, o raio previsto é m, os 21 cm do enunciado.
⚠️ A armadilha: esquecer de passar 21 cm para metros: a massa sairia kg, cem vezes maior, e nenhuma alternativa bateria. Outra: a alternativa C, que põe a massa do elétron num próton; um próton, além de curvar para cima, tem massa de kg.
A ideia em uma frase: em campo magnético uniforme, o sentido da curva revela o sinal da carga e o raio, R = mv/(|q|B), revela a massa.
Resposta: alternativa A (elétron, massa de 9,1 × 10⁻³¹ kg).
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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