UNESP 2019 (2ª fase) — questão 21 de Física

Enunciado em texto
Em um equipamento utilizado para separar partículas eletrizadas atuam dois campos independentes, um elétrico, , e um magnético, , perpendiculares entre si. Uma partícula de massa kg e carga C parte do repouso no ponto P, é acelerada pelo campo elétrico e penetra, pelo ponto Q, na região onde atua o campo magnético, passando a descrever uma trajetória circular de raio R, conforme a figura.
(Figura: duas placas horizontais paralelas, separadas por 0,2 m. O ponto P está na placa de baixo; logo acima dele, na placa de cima, há uma abertura, o ponto Q. Entre as placas, linhas de campo verticais, para cima. Acima da placa de cima, a região do campo , representado por pontos (saindo do plano da página). A trajetória tracejada sobe de P a Q em linha reta e, acima de Q, descreve uma semicircunferência de raio R que se curva para a direita e volta a descer até a placa de cima.)
Sabendo que entre os pontos P e Q existe uma diferença de potencial de 40 V, que a intensidade do campo magnético é T e desprezando ações gravitacionais sobre a partícula eletrizada, calcule:
a) a intensidade do campo elétrico , em N/C.
b) o raio R, em m, da trajetória circular percorrida pela partícula na região em que atua o campo magnético .
(Enunciado e figura: Vestibular Unesp 2019, 2ª fase — Unesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual Paulista (Unesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) o campo elétrico entre as placas; (b) o raio da curva que a partícula faz no campo magnético.
Item (a) — campo uniforme. Entre placas paralelas o campo é uniforme, e a ddp é o campo vezes a distância ao longo dele:
Item (b) — a velocidade em Q. O trabalho da força elétrica de P a Q vira energia cinética (a partícula parte do repouso):
Item (b) — o raio. No campo magnético, a velocidade é perpendicular a , e a força magnética faz o papel de força centrípeta:
Conferindo o sentido: a carga é positiva e é empurrada para cima por (para cima), como deve ser. Em Q, com velocidade para cima e saindo da página, a regra da mão direita dá força para a direita: a partícula curva para a direita, exatamente como na figura.
⚠️ A armadilha: no item (a), multiplicar em vez de dividir (): repare que a unidade já denuncia, porque V/m é volt por metro. No item (b), esquecer o fator 2 da energia cinética dá m/s e um raio errado, de cerca de 0,14 m.
A ideia em uma frase: o campo elétrico dá a energia (qU = mv²/2) e o campo magnético, perpendicular à velocidade, faz a curva (R = mv/qB).
Resposta: (a) N/C; (b) m.
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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