Uma partícula carregada com razão carga massa
, na presença de um campo magnético, uniforme e constante no tempo e de intensidade B, descreve uma trajetória na forma de uma hélice com raio
e passo
. Determine o módulo da velocidade da particula em função dessas quatro grandezas mencionadas.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma partícula carregada com razão carga massa
que está se movendo em um campo magnético uniforme
. Devido a esse campo, a partícula traça uma trajetória em forma de hélice com raio
e passo
. Nosso objetivo aqui é descobrir qual é a velocidade dessa partícula em função dessas quatro grandezas:
,
,
e
. Para resolver isso, vamos usar conceitos de física sobre movimento em campos magnéticos e um pouco de trigonometria.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que quando uma partícula carregada se move em um campo magnético, ela experimenta uma força chamada força de Lorentz. Essa força é perpendicular tanto à velocidade da partícula quanto ao campo magnético e faz com que a partícula descreva uma trajetória circular caso sua velocidade seja perpendicular ao campo. Mas, no nosso caso, a velocidade tem componentes tanto paralelas quanto perpendiculares ao campo, resultando em uma trajetória helicoidal (hélice).
A força magnética é dada por:
Como a força é responsável pelo movimento circular, podemos relacionar isso com a força centrípeta.
Passo 3
Vamos separar a velocidade da partícula em duas componentes:
-
: componente perpendicular ao campo magnético. -
: componente paralela ao campo magnético.
A componente perpendicular
é responsável pelo movimento circular com raio
, e a componente paralela
é responsável pelo movimento retilíneo ao longo do campo, que cria o deslocamento vertical da hélice, conhecido como passo
.
Passo 4
Para o movimento circular, a força centrípeta é fornecida pela força magnética:
Podemos simplificar essa equação dividindo ambos os lados por
:
Isolando
:
Passo 5
Agora, vamos analisar o movimento ao longo do campo magnético. O passo
da hélice é a distância que a partícula percorre paralelamente ao campo magnético em uma volta completa. Uma volta completa no movimento circular leva um período
, que é o tempo para dar uma volta.
Sabemos que:
E o período
está relacionado com a frequência angular
:
Sabemos também que para o movimento circular,
é:
Substituindo
em
:
Então, substituindo
na equação do passo:
Isolando
:
Passo 6
Agora, temos as duas componentes da velocidade:
A velocidade total
é a combinação dessas duas componentes, já que elas são perpendiculares entre si. Portanto:
Substituindo as expressões de
e
:
Fatorando
:
Resposta
A velocidade da partícula é dada por:
Exercícios relacionados
Com relação ao movimento de uma partícula carregada num campo magnético
homogêneo e constante no tempo, assinale
ou
.
Se a velocidade for perpendicular ao campo B, a trajetória será uma hélice.
Se a velocidade for paralela ao campo B, a trajetória será retilinea.
A força magnética realiza trabalho positivo sobre a particula
A força magnética é sempre perpendicular ao campo magnético.
, Para trajetórias helicoidais o raio da hélice não depende da componente da velocidade paralela ao campo magnético.
Se a velocidade for perpendicular ao campo B, a trajetória será uma hélice.
Se a velocidade for paralela ao campo B, a trajetória será retilinea.
A força magnética realiza trabalho positivo sobre a particula
A força magnética é sempre perpendicular ao campo magnético.
, Para trajetórias helicoidais o raio da hélice não depende da componente da velocidade paralela ao campo magnético.
b) Qual a frequência
do sinal refletido, medida pelo submarino A ?
Respostas: (b) 1061,6 Hz
Respostas: (b) 1061,6 Hz
Uma onda eletromagnética possui um campo elétrico dado por:
a) Em que direção e sentido a onda eletromagnética está se propagando?
b) Qual é o comprimento de onda?
c) Escreva a equação vetorial para .
b) Qual é o comprimento de onda?
c) Escreva a equação vetorial para
Para uma onda senoidal simples, suponha que
. Calcule o valor de
, a intensidade de energia e a taxa do fluxo de energia
por unidade de área.