Lista de Exercícios 1 - Magnetismo e Partícula em Campo Magnético

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1 Lista de Exercícios 1 - Magnetismo e Partícula em Campo Magnético Exercícios de uma estrela são elementares, geralmente solucionados com base em conceitos básicos ou simples substituição em equações. Exercícios de duas estrelas requerem passos não triviais e exigem bom entendimento dos conceitos e equações envolvidas. Exercícios de três estrelas envolvem, além de diferentes áreas da Física, uma boa habilidade em matemática básica. 1) Uma pessoa está usando uma bússola magnética para se orientar. Entretanto, existe nas proximidades um fio no qual passa uma corrente elétrica de grande intensidade. A bússola indicará a orientação correta? 2) Considere duas cargas elétricas próximas uma da outra. Haverá força eletrostática e magnética caso ambas estejam em repouso? E caso uma esteja em repouso e a outra em movimento? E caso ambas estejam em movimento? 3) Em uma sala, há um campo magnético =2. Uma carga q=1 é lançada nesse campo com velocidade =3/ e sofre uma força magnética de módulo =3. Nessa situação, qual o ângulo formado entre o vetor velocidade e o vetor campo magnético? 4) Defina campo magnético uniforme. 5) Em que condições uma partícula descreve movimento circular em um campo magnético? Igualando a força centrípeta do movimento circular e a força magnética, mostre que o raio da trajetória do movimento circularemumcampomagnéticoédadopor = /. 6) Analise os diagramas abaixo e responda: a) Qualadireçãoeosentidodaforçamagnéticaqueatuanacargapositiva? b) Qualadireçãoeosentidodaforçamagnéticaqueatuanacarganegativa? c) Qual a direção e o sentido do campo magnético que exerce na carga positiva uma força magnética comomostradanafigura,sabendoqueéperpendiculara?

2 7) A figura deste exercício mostra uma espira retangular colocada entre os polos de um ímã. Utilizando a regra do tapa, responda: a) QualosentidodaforçamagnéticaqueatuaemcadaumdosladosGE,ED,DC? b) Descrevaomovimentoqueaespiratendeaadquirir. 8) Uma partícula (núcleo do átomo de He) penetra em uma região EFGH onde existem um campo magnético uniforme e é desviada da maneira mostrada. Nesse caso, qual o sentido do campo magnético? 9) Um feixe, constituído por prótons e elétrons, todos com a mesma velocidade, é lançado horizontalmente de oeste para leste em um laboratório, onde o campo magnético terrestre é horizontal. Dentre as alternativas, qual está errada? a) Uma força magnética atuará tanto sobre os prótons quanto sobre os elétrons do feixe. b) Os prótons são desviados para cima. c) Os elétrons são desviados para baixo. d) Aforçamagnéticaemumprótontemmóduloigualàforçamagnéticaemumelétron. e) Odesviosofridoporumprótonéigualaodesviosofridoporumelétron. 10) Umelétronfoilançadoemumcampomagnéticocomumavelocidadeinicialnãoparalelaaocampo. Após se deslocar naquela região por algum tempo, o elétron abandonou o campo com uma velocidade final. Supondo que a única força que atuou no elétron tenha sido a força magnética, podemos afirmar que: (01) A força magnética sempre atuou perpendicularmente à velocidade do elétron. (02) A força magnética provocou variações na direção da velocidade do elétron. (04) O trabalho realizado pela força magnética sobre o elétron foi nulo. (08) A ação da força magnética não provocou alteração na energia cinética do elétron. (16) O módulo da velocidade final é igual ao módulo da velocidade inicial.

3 11) Um feixe de elétrons incide horizontalmente no centro de um anteparo vertical, como mostra a figura. a) Se for aplicado ao feixe apenas o campo elétrico mostrado, para onde desviam os elétrons? b) E se for aplicado apenas o campo magnético mostrado? c) Qual a região do anteparo que seria atingida se ambos os campos fossem aplicados simultaneamente? 12) Um feixe de partículas ionizadas está descrevendo uma trajetória circular em um campo magnético uniforme = 0,10. a) Qualéoânguloentreovetorcampomagnéticoeavelocidadedaspartículas? b) Sabendo-sequeacargadecadapartículaé =8,0 10 equeelassemovemcomumavelocidade =2,0 10 /,determineomódulodaforçamagnéticaemcadapartícula. c) Qualé,então,ovalordaforçacentrípetaemcadapartícula? d) Sabendoquecadapartículatemmassa=6,0 10! "#,calculeoraiodatrajetória. e) Calcule o período e a frequência do movimento. 13)OfiohorizontalACdafiguratemcomprimento$,massa,eestáinseridoemumcampomagnético uniforme de módulo. Sendo # o valor da aceleração da gravidade local, determine a intensidade e o sentidodacorrente% demodoqueabarraestejasuspensaemequilíbrio.

4 14) Uma barra CD, de massa =200#, está apoiada sobre dois fios horizontais, separados por uma distância ' =30(, como mostra a figura. O campo magnético é igual a 0,20, é um reostato e o coeficiente de atrito estático é igual a 0,30. a) Aumentando-se a intensidade da corrente através do reostato, para qual valor desta corrente a barra começará a se mover?(considere# = 10/²). b) Supondo que a barra iniciou seu movimento, a partir do repouso, quando % =10+, calcule a distância que a barra percorre em 0,60 considerando que o coeficiente de atrito cinético é 0,20. 15)Umapartículacommassaélançadacomvelocidadeemumcampouniforme,cujaslinhasestão representadas na figura. Qual tipo de movimento a partícula terá supondo que as linhas representam a) um campo elétrico, b) um campo magnético e c) um campo gravitacional? 16) A figura abaixo representa um espectrômetro de massa, quemedeamassadoátomodeumelementoquímico.afontef produz átomos ionizados de carga + que são acelerados por uma voltagem -, adquirindo uma velocidade. Os íons então penetram numa região onde há um campo magnético uniforme e descrevem uma trajetória semicircular de raio, atingindo então uma chapa fotográfica. a) Mostre que = 2-/. b)deduzaumaexpressãoqueforneçaamassadecadaátomo quandoéconhecidoovalordacarga esãomedidos, e-.

5 17) Uma barra condutora metálica. está apoiada sobre dois trilhos, também condutores, separados porumadistância/.ostrilhossãomuitolisoseformamumângulo0 comahorizontal.naregião,existeum campo magnético =0,20, conforme a figura, e a bateria fornece uma corrente % à barra, tal que ela permanece em equilíbrio na posição mostrada. Sendo e massa da barra e # a aceleração da gravidade local,determineaintensidadeeosentidode%.