Um feixe de prótons sofre um desvio perpendicular à sua direção de movimento. Pode esse desvio ter sido causado por: (a) um campo elétrico uniforme; (b) um campo magnético uniforme; © se os dois campos podem, em princípio, ser responsáveis pelo desvio, como será possível dizer qual deles está realmente presente? Justifique. Resp: (a) sim (b) sim © ampo magnético órbita circular e campo elétrico órbita parabólica.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a pergunta está nos pedindo. Temos um feixe de prótons que está mudando de direção perpendicularmente ao seu movimento. A questão quer saber se esse desvio pode ter sido causado por:
(a) um campo elétrico uniforme;
(b) um campo magnético uniforme;
© se ambos os campos podem causar esse desvio, como identificar qual deles está realmente atuando.
Para resolver isso, vamos precisar entender como campos elétricos e magnéticos afetam partículas carregadas, como os prótons, e quais trajetórias essas partículas adotam sob a influência de cada tipo de campo.
Passo 2
Primeiro, vamos analisar a parte (a): Um campo elétrico uniforme pode causar esse desvio?
Sim, pode. Vamos entender por quê.
Quando um próton (que tem carga positiva) passa por um campo elétrico uniforme, ele experimenta uma força elétrica dada por:
Onde:
-
é a força elétrica, -
é a carga do próton, -
é a intensidade do campo elétrico.
Essa força é perpendicular à direção do movimento do próton, fazendo com que ele desvie de sua trajetória original. A trajetória resultante é uma parábola, semelhante à de um objeto em queda livre sob a ação da gravidade.
Passo 3
Agora, vamos para a parte (b): Um campo magnético uniforme pode causar esse desvio?
Sim, também pode. Vamos ver como isso acontece.
Quando um próton se move em um campo magnético uniforme, ele sofre uma força magnética descrita pela regra da mão direita e pela expressão:
Onde:
-
é a força magnética, -
é a carga do próton, -
é a velocidade do próton, -
é a intensidade do campo magnético.
Essa força é sempre perpendicular tanto à velocidade do próton quanto ao campo magnético, fazendo com que o próton se mova em uma trajetória circular ou helicoidal, dependendo da orientação inicial.
Passo 4
Finalmente, na parte ©: Como identificar qual campo está realmente causando o desvio?
Se ambos os campos puderem causar o desvio, precisamos observar a trajetória do próton para determinar qual campo está presente.
-
Campo Elétrico Uniforme: A trajetória do próton será uma parábola. Isso porque a força elétrica atua constantemente na mesma direção, acelerando o próton de forma linear enquanto ele continua se movendo na direção original.
-
Campo Magnético Uniforme: A trajetória do próton será circular (ou helicoidal, se houver componente de velocidade paralela ao campo). A força magnética está sempre perpendicular à velocidade, fazendo com que o próton gire em círculos ao redor das linhas de campo magnético.
Portanto, observando a forma da trajetória do próton, podemos identificar qual campo está causando o desvio.
Resposta
(a) Sim;
(b) Sim;
© Um campo magnético faz com que a órbita seja circular, enquanto um campo elétrico resulta em uma trajetória parabólica.
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