Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 3 - Eletromagnetismo - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 29.5 - Ex. 54
Um elétron é introduzido em uma das extremidades de um solenoide. Ao penetrar no campo magnético uniforme que existe no interior do solenoide, o eletron tem uma velocidade escalar de e seu vetor velocidade faz um ângulo de com o eixo central do solenoide. O solenoide tem espiras e conduz uma corrente de . Quantas revoluções o elétron descreve no interior do solenoide antes de chegar à outra extremidade? (Em um solenoide real, no qual o campo não é uniforme perto das extremidades, o número de revoluções é ligeiramente menor que o valor calculado neste problema.)
Passo 1
Nessa situação nós temos um elétron (que é uma partícula carregada) realizando um movimento circular! Se uma partícula se move ao longo de uma circunferência com velocidade constante, podemos ter certeaz de que a força que age sobre a partícula tem módulo constante e aponta para o centro da circunferência, mantendo-se perpendicular à velocidade da partícula.Pensa numa pedra amarrada numa corda que gira em torno da Terra em uma órbita circular. Nesse caso, a tensão da corda é responsável pela força e pela aceleração cemtrípeta.
A figura abaixo mostra um outro exemplo: feixe de elétrons é lançado em uma câmara por um canhão de elétrons G. OS elétrons se movem no plano do appel com velocidade , em uma região na qual existe um campo magnético dirigido para fora do papel. Em consequência, uam força magnética age continuamente sobre os elétrons. Como e são perpendiculares, a força faz com que os elétrons descrevam uma trajetória circular.
O período (tempo necessário para completar uma revolução) é igual à circunferência dividida pela velocidade:
Na nossa questão, as coisas parecem um pouco complicadas de início mas não precisa se preocupar! Vamos supor que o solenoide pe ideal. Assim, o período do movimento do elétron é dado por:
na qual é a massa do elétron, é o ocmprimento do solenoide, é a corrente do solenoide e é o número de espiras do solenoide.
Por outro lado, o tempo que o elétron leva pra atravessar o solenoide é:
na qual é a componente da velocidade paralela ao eixo do solenoide. Assim, o número de revoluções é:
Resposta
O número de revoluções é: