FORÇA MAGNÉTICA PROF. BIGA

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1 FORÇA MAGNÉTICA PROF. BIGA 1. (Pucrj 2013) Cientistas creem ter encontrado o tão esperado bóson de Higgs em experimentos de colisão próton-próton com energia inédita de 4 TeV (tera elétron-volts) no grande colisor de hádrons, LHC. Os prótons, de massa 1, kg e carga elétrica 1, C, estão praticamente à velocidade da luz ( m/s) e se mantêm em uma trajetória circular graças ao campo magnético de 8 Tesla, perpendicular à trajetória dos prótons. Com esses dados, a força de deflexão magnética sofrida pelos prótons no LHC é em Newton: a) 3, b) 1, c) 4, d) 5, e) 1, (Uepg 2011) Cargas elétricas em movimento originam campo magnético. Quando uma carga elétrica encontra-se em movimento, em um campo magnético, há uma interação entre esse campo e o campo originado pela carga. Essa interação é manifestada por uma força que age na carga elétrica, a qual é denominada força magnética. Sobre força magnética, assinale o que for correto. 01) O sentido da força magnética depende do sinal da carga em movimento. 02) A direção da força magnética, sobre uma carga em movimento, é perpendicular ao plano formado pelo vetor velocidade da carga e pelo vetor indução magnética. 04) Quando uma carga elétrica é lançada perpendicularmente em direção de um campo magnético uniforme, a carga descreverá uma trajetória circular. 08) A força magnética sobre uma carga elétrica movendo-se, em uma direção paralela à direção do campo magnético uniforme, é nula. 16) Entre dois condutores retos e extensos, percorridos por correntes elétricas, a força magnética entre eles será repulsiva se as correntes tiverem o mesmo sentido. Durante a travessia, o elétron fica sujeito a um campo de indução magnética B e a um campo elétrico E, ambos uniformes. Considerando o sistema de referência xyz, e sabendo que as placas são paralelas ao plano xz, isso será possível se a) B tiver a mesma direção e o mesmo sentido do eixo x, e E tiver a mesma direção e o mesmo sentido do eixo z. b) B tiver a mesma direção e o mesmo sentido do eixo z, e E tiver a mesma direção e o mesmo sentido do eixo y. c) B tiver a mesma direção e o mesmo sentido do eixo y, e E tiver a mesma direção e o sentido oposto ao do eixo z. d) B e E tiverem a mesma direção e o mesmo sentido do eixo z. e) B e E tiverem a mesma direção e o mesmo sentido do eixo x. 4. (Ita 2011) Prótons (carga e e massa m p ), deuterons (carga e e massa m d = 2mp) e partículas alfas (carga 2e e massa m a = 4m p ) entram em um campo magnético uniforme B perpendicular a suas velocidades, onde se movimentam em órbitas circulares de períodos T p, T d e T a, respectivamente. Pode-se afirmar que as razões dos períodos T d /T p e T a /T p são, respectivamente, a) 1 e 1. b) 1 e 2. c) 2 e 2. d) 2 e 2. e) 2 e (Ufu 2011) Considere um fio condutor suspenso por uma mola de plástico na presença de um campo magnético uniforme que sai da página, como mostrado na figura abaixo. O módulo do campo magnético é B = 3T. O fio pesa 180 g e seu comprimento é 20 cm. 3. (Uftm 2011) Um elétron penetra numa região entre duas placas planas e paralelas pela fenda F 1 e a atravessa segundo a direção tracejada mostrada na figura, saindo pela fenda F 2, sem sofrer desvio. Considerando g = 10 m/s, o valor e o sentido da corrente que deve passar pelo fio para remover a tensão da mola é: a) 3 A da direita para a esquerda. b) 7 A da direita para a esquerda. c) 0,5 A da esquerda para a direita. d) 2,5 A da esquerda para a direita.

2 6. (Ufla 2010) Um feixe de partículas eletrizadas P 1 e P 2, de mesma massa, penetra em um campo magnético B com mesma velocidade v. Observa se que o feixe, ao penetrar no campo magnético, divide se em dois, percorrendo trajetórias circulares de raios R 1 = 2 R 2, conforme figura a seguir. c) 150 d) 100 e) (Ufba 2010) Uma partícula carregada negativamente com carga de módulo igual a 1, C, movendo-se com velocidade de módulo 1, m/s, penetra em uma região na qual atua um campo magnético uniforme, de intensidade igual a 1, T, conforme a figura. É CORRETO afirmar: a) a força magnética que atua nas partículas eletrizadas P 1 é maior que a força magnética que atua nas partículas eletrizadas P 2, e por isso descrevem uma trajetória de raio R 1 maior que R 2. b) a força magnética que atua nas partículas eletrizadas P 2 é maior que a força magnética que atua nas partículas eletrizadas P 1, e por isso descrevem uma trajetória de raio R 2 menor que R 1. c) as cargas elétricas das partículas P 1 e P 2 são de mesmo sinal, sendo a carga da partícula P 1 maior que a da partícula P 2. d) as cargas elétricas das partículas P 1 e P 2 são de sinais contrários, sendo a carga da partícula P 2 menor que a da partícula P (Cesgranrio 2010) Um próton penetra perpendicularmente em um campo magnético uniforme, como ilustra a figura acima, e descreve, em seu interior, uma trajetória semicircular. A intensidade do campo magnético é 10 2 T e a velocidade do próton é constante e igual a m/s. Sabendo-se que a massa e a carga do próton valem, respectivamente, 1, kg e 1, C e considerando-se π 3, o perímetro, em centímetros, desse percurso é a) 300 b) 200 Sabendo-se que a partícula descreve uma trajetória circular de raio igual a 4,0 cm, calcule a sua massa, desprezando a ação gravitacional. 9. (Uece 2010) Quando comparamos as forças exercidas por campos elétricos e magnéticos sobre uma partícula carregada de velocidade v, diferente de zero, podemos afirmar corretamente que a) a força elétrica e a força magnética são sempre paralelas à velocidade. b) a força elétrica e a força magnética são sempre perpendiculares à velocidade. c) para um dado campo elétrico uniforme, existe sempre uma direção da velocidade para a qual a força elétrica é nula, o que não acontece com a força magnética. d) a força magnética nunca realiza trabalho sobre a carga, enquanto a força elétrica sempre realiza trabalho. 10. (Ufal 2010) Numa certa região, o campo magnético gerado pela Terra possui uma componente B x paralela à superfície terrestre, com intensidade de T, e uma componente B z perpendicular à superfície terrestre, com intensidade de T. Nessa região, uma linha de transmissão paralela à componente B x é percorrida por uma corrente elétrica de 5000 A. A força magnética por unidade de comprimento que o campo magnético terrestre exerce sobre essa linha de transmissão possui intensidade igual a: a) 0,10 N/m b) 0,25 N/m c) 1,0 N/m d) 2,5 N/m e) 10 N/m 11. (Ufop 2010) O cíclotron é um acelerador em que partículas carregadas executam movimento circular

3 em um plano perpendicular a um campo magnético uniforme de módulo B. Se o campo magnético for o único campo aplicado, a velocidade angular do movimento circular resultante depende somente da razão carga/massa e de B. Em um acelerador típico, o valor de B é de 1 tesla e as partículas percorrem uma trajetória de raio de 50 cm. Qual a ordem de grandeza da velocidade da partícula (dados: carga igual a 1,6 x C e massa igual 1,67 x kg)? a) 10 3 m/s b) 10 5 m/s c) 10 7 m/s d) 10 9 m/s 12. (Unesp 2010) Uma tecnologia capaz de fornecer altas energias para partículas elementares pode ser encontrada nos aceleradores de partículas, como, por exemplo, nos cíclotrons. O princípio básico dessa tecnologia consiste no movimento de partículas eletricamente carregadas submetidas a um campo magnético perpendicular à sua trajetória. Um cíclotron foi construído de maneira a utilizar um campo magnético uniforme, B, de módulo constante igual a 1,6 T, capaz de gerar uma força magnética, F, sempre perpendicular à velocidade da partícula. Considere que esse campo magnético, ao atuar sobre uma partícula positiva de massa igual a 1,7 x kg e carga igual a 1,6 x C, faça com que a partícula se movimente em uma trajetória que, a cada volta, pode ser considerada circular e uniforme, com velocidade igual a 3,0 x 10 4 m/s. Nessas condições, o raio dessa trajetória circular seria aproximadamente a) 1 x 10 4 m. b) 2 x 10 4 m. c) 3 x 10 4 m. d) 4 x 10 4 m. e) 5 x 10 4 m. 13. (Unesp 2010) Um espectrômetro de massa é um aparelho que separa íons de acordo com a razão carga elétrica/massa de cada íon. A figura mostra uma das versões possíveis de um espectrômetro de massa. Os íons emergentes do seletor de velocidades entram no espectrômetro com uma velocidade v. No interior do espectrômetro existe um campo magnético uniforme (na figura é representado por B e e aponta para dentro da página ) que deflete os íons em uma trajetória circular. Íons com diferentes razões carga elétrica/massa descrevem trajetórias com raios R diferentes e, consequentemente, atingem pontos diferentes (ponto P) no painel detector. Para selecionar uma velocidade v desejada e para que o íon percorra uma trajetória retilínea no seletor de velocidades, sem ser desviado pelo campo magnético do seletor (na figura é representado por e aponta para dentro da página ), é necessário também um campo elétrico ( E s ), que não está mostrado na figura. O ajuste dos sentidos e módulos dos campos elétrico e magnético no seletor de velocidades permite não só manter o íon em trajetória retilínea no seletor, como também escolher o módulo da velocidade v. De acordo com a figura e os dados a seguir, qual o sentido do campo elétrico no seletor e o módulo da velocidade v do íon indicado? Dados: E s = V/m B s = 5,0 x 10 2 T 14. (Ufmg 2010) Reações nucleares que ocorrem no Sol produzem partículas algumas eletricamente carregadas, que são lançadas no espaço. Muitas dessas partículas vêm em direção à Terra e podem interagir com o campo magnético desse planeta. Nesta figura, as linhas indicam, aproximadamente, a direção e o sentido do campo magnético em torno da Terra: Nessa figura, K e L representam duas partículas eletricamente carregadas e as setas indicam suas velocidades em certo instante. Com base nessas informações, Alice e Clara chegam a estas conclusões: Alice - Independentemente do sinal da sua carga, a partícula L terá a direção de sua velocidade alterada pelo campo magnético da Terra. Clara - Se a partícula K tiver carga elétrica negativa, sua velocidade será reduzida pelo campo magnético da Terra e poderá não atingi-la.

4 Considerando-se a situação descrita, é CORRETO afirmar que a) apenas a conclusão de Alice está certa. b) apenas a conclusão de Clara está certa. c) ambas as conclusões estão certas. d) nenhuma das duas conclusões está certa. 15. (Ufg 2010) Uma cavidade em um bloco de chumbo contém uma amostra radioativa do elemento químico bário. A figura (a) ilustra as trajetórias das partículas á, â e ã emitidas após o decaimento radioativo. O valor da velocidade do elétron é: a) 1, m/s b) 6, m/s c) 5, m/s d) 1, m/s e) 3, m/s 18. (Unesp 2008) Uma mistura de substâncias radiativas encontra-se confinada em um recipiente de chumbo, com uma pequena abertura por onde pode sair um feixe paralelo de partículas emitidas. Ao saírem, três tipos de partícula, 1, 2 e 3, adentram uma região de campo magnético uniforme B com velocidades perpendiculares às linhas de campo magnético e descrevem trajetórias conforme ilustradas na figura. Aplica-se um campo magnético uniforme entrando no plano da folha, conforme ilustrado na figura (b). O comportamento representado pelas trajetórias ocorre porque a) a partícula â tem carga positiva e quantidade de movimento maior que a de á. b) as partículas á e â têm cargas opostas e mesma quantidade de movimento. c) a partícula á tem carga positiva e quantidade de movimento maior que a de â. d) a partícula á tem carga maior e quantidade de movimento menor que a de â. e) a partícula ã tem carga positiva e quantidade de movimento menor que a de â. 16. (Ufc 2010) Analise as afirmações abaixo em relação à força magnética sobre uma partícula carregada em um campo magnético. I. Pode desempenhar o papel de força centrípeta. II. É sempre perpendicular à direção de movimento. III. Nunca pode ser nula, desde que a partícula esteja em movimento. IV. Pode acelerar a partícula, aumentando o módulo de sua velocidade. Assinale a alternativa correta. a) Somente II é verdadeira. b) Somente IV é verdadeira. c) Somente I e II são verdadeiras. d) Somente II e III são verdadeiras. e) Somente I e IV são verdadeiras. Considerando a ação de forças magnéticas sobre cargas elétricas em movimento uniforme, e as trajetórias de cada partícula ilustradas na figura, podese concluir com certeza que a) as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 é eletricamente neutra (carga zero). b) as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 tem massa zero. c) as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas de mesmo sinal e a partícula 3 tem carga e massa zero. d) as partículas 1 e 2 saíram do recipiente com a mesma velocidade. e) as partículas 1 e 2 possuem massas iguais, e a partícula 3 não possui massa. 19. (Ufpel 2008) Uma partícula m e carga positiva q é lançada de um ponto "P" com velocidade v, no interior de um campo magnético uniforme B, conforme a figura a seguir. 17. (Udesc 2009) Um campo elétrico de 3, V/m e um campo magnético de T atuam sobre um elétron em movimento retilíneo com velocidade constante. A massa do elétron é 9, kg.

5 22. (Ufrgs 2007) A radioatividade é um fenômeno em que átomos com núcleos instáveis emitem partículas ou radiação eletromagnética para se estabilizar em uma configuração de menor energia. O esquema a seguir ilustra as trajetórias das emissões radioativas α, β +, β - e γ quando penetram em uma região do espaço onde existe um campo magnético uniforme B que aponta perpendicularmente para dentro da página. Essas trajetórias se acham numeradas de 1 a 4 na figura. Escolha a alternativa que preencha as lacunas, da frase a seguir, corretamente. A trajetória descrita pela partícula, enquanto estiver no interior do campo magnético, será e o módulo da velocidade. a) Uma curva para a direita; diminui. b) Uma linha reta; permanece constante. c) Circular no sentido anti-horário, de raio mv/bq; permanece constante. d) Circular no sentido horário, de raio = mv 2 /Bq; aumenta. e) Uma curva para a esquerda; diminui. 20. (Uece 2008) A maior força de origem magnética (medida em newton) que pode atuar sobre um elétron (carga e = 1, C) em um tubo de TV, onde existe um campo magnético de módulo B = 83,0 mt, quando sua velocidade é de 7, m/s, vale aproximadamente a) 9, b) 4, c) 13, d) 8, (Ufscar 2007) Uma pequena esfera carregada eletricamente com carga positiva e em queda livre penetra em uma região onde um campo magnético horizontal atua uniformemente entrando no plano do papel (fig.1). O esboço que melhor representa a trajetória da esfera no interior dessa região é Sendo α um núcleo de hélio, β + um elétron de carga positiva (pósitron), β - um elétron e γ um fóton de alta energia, assinale a alternativa que identifica corretamente os números correspondentes às trajetórias das referidas emissões, na ordem em que foram citadas. a) b) c) d) e) (Uece 2007) Um elétron realiza um movimento circular uniforme (MCU) após penetrar numa região de campo magnético uniforme com velocidade perpendicular ao mesmo. Mantendo-se fixo o valor do campo magnético, repete-se o experimento, desta vez dobrando-se o valor da velocidade de entrada do elétron. Este elétron ainda realiza um MCU. Em relação ao raio da trajetória descrita pelo segundo elétron e ao período de seu movimento, podemos afirmar, corretamente, que a) o raio da trajetória dobra quando a velocidade dobra de valor, mas o período permanece inalterado. b) o raio da trajetória e o período dobram quando a velocidade dobra de valor. c) o raio da trajetória e o período diminuem pela metade quando a velocidade dobra de valor. d) o raio da trajetória permanece inalterado enquanto o período dobra de valor. 24. (Ufrrj) Uma partícula de carga q entra com velocidade V 0 numa região onde existe um campo magnético uniforme B.

6 09 [D] 10 [B] 11 [C] 12 [B] 13 v = m/s. 14 [A] 15 [C] 16 [C] 17 [D] 18 [A] 19 [C] 20 [A] 21 [D] 22 [B] 23 [A] 24 [D] 25 a) No caso em que V 0 e B possuem a mesma direção, podemos afirmar que a partícula a) sofrerá um desvio para sua direita. b) sofrerá um desvio para sua esquerda. c) será acelerada na direção do campo magnético uniforme B. d) não sentirá a ação do campo magnético uniforme B. e) será desacelerada na direção do campo magnético uniforme B. b) v = E/B 25. (Ufjf) Um filtro de velocidades é um dispositivo que utiliza campo elétrico uniforme E perpendicular ao campo magnético uniforme B (campos cruzados), para selecionar partículas carregadas com determinadas velocidades. A figura a seguir mostra uma região do espaço em vácuo entre as placas planas e paralelas de um capacitor. Perpendicular ao campo produzido pelas placas, está o campo magnético uniforme. Uma partícula positiva de carga q move-se na direção z com velocidade constante v (conforme a figura 1). a) na figura 2, represente os vetores força elétrica, F e, e força magnética, F m, que atuam na partícula assim que entra na região de campos cruzados, indicando suas magnitudes. b) Determine a velocidade que a partícula deve ter, para não ser desviada. Gabarito: 01 [A] = [A] 04 [E] 05 [A] 06 [B] 07 [C] m 9,6 10 kg.