Um elétron de massa e velocidade horizontal incide em uma região entre duas placas paralelas eletricamente carregadas, conforme mostra a figura abaixo. Ao percorrer essa região o elétron é submetido a uma forca vertical , constante, para cima (sabe-se que ). Sabendo-se que o comprimento das placas é igual a e desprezando o efeito da aceleração da gravidade, determine:
O vetor posição do elétron em função do tempo, quando este se encontra entre as placas paralelas eletricamente carregadas. Considere que a origem do sistema de coordenadas é do lado esquerdo das placas e que o elétron passa pela origem do sistema de coordenadas no instante , conforme mostra a figura. Expresse o resultado em termos de , , , e .
O valor de , quando o elétron atinge um anteparo situado a uma distancia das placas paralelas. Expresse o resultado em termos de , , , , .
Passo 1
Vamos calcular sua equação para o eixo primeiramente:
Não temos nenhuma força atuando no eixo , logo a aceleração e nula. Dai tiramos que o movimento no eixo corresponde a um MRU que obedece a fórmula:
Temos também que o movimento se inicia na origem das placas, logo .
Vamos agora calcular a equação para o eixo :
Para o eixo , temos uma força constante, logo a aceleração também é constante. Dai tiramos que o movimento no eixo corresponde a um MUV que obedece a fórmula:
Entretanto, temos que e que , ficando apenas com:
Utilizando o dado do enunciado que :
Substituindo:
Logo, teremos para o vetor posição:
Passo 2
Primeiramente precisamos saber quando que a força vai parar de atuar, que é no final da distância das placas que pode ser calculada com a expressão do item anterior.
Logo, neste instante a equação da posição muda, por que agora o eixo não terá mais a força atuando e portanto também não terá mais aceleração, passando a ser um movimento MRU dado por:
Onde é a posição quando e é a componente da velocidade neste mesmo instante . Vamos calcular isso.
O vetor velocidade pode ser calculado por:
Logo:
Logo:
Muito bem, agora para achar :
Temos então que:
Substituindo o valor de :
Portanto nosso novo é:
O projétil irá atingir o anteparo no instante:
Portanto: