Enunciado

Um elétron se move em uma região onde existe um campo magnético uniforme dado por B → = B x i ^ + 3,0 B x j ^ . Em um certo instante, o elétron tem uma velocidade v ^ = 2,0 i ^ + 4,0 j ^ m / s e a força magnética que age sobre a partícula é 6,4 × 10 - 19 N k ^ . Determine B x .

Passo 1

Aqui temos um elétron que se move em um campo magnético uniforme e em um determinado instante tem uma certa velocidade, o que é pedido é calcular o campo onde este elétron está se movendo.

Passo 2

De acordo com as Eqs. 3-30 e Eq. 28-2,

F B → = q v → × B →

Perceba que pelo produto vetorial entre a velocidade v → e o campo magnético B → tem que fornecer a direção da força magnética que é perpendicular a esses vetores, no enunciado a força magnética é dada pelo vetor F B → =   6,4 × 10 - 19 N k ^ , logo, a velocidade v → deve ser:

v → = v x i ^ + v y j ^  

Substituindo em

F B → = q v → × B →

Onde q é a carga da partícula em movimento.

Encontramos:

F B → = q v x i ^ + v y j ^ × B x i ^ + B y j ^

Realizando o produto vetorial, podemos ver que termo a termo ficará:

v x i ^ × B x i ^ = 0

v x i ^ × B y j ^ = v x B y k ^

v y j ^ × B x i ^ = v y B x - k ^

v y j ^ × B y j ^ = 0

Organizando isso, ficamos com:

F B → = q v x B y - v y B x k ^

Foi dito no enunciado que:

B y = 3 B x

Então vamos substituir B y em:

F B → = q v x B y - v y B x k ^

Logo:

F B → = q v x 3 B x - v y B x k ^

Neste instante, a força é

F B → = 6,4   .   10 - 19 N k ^

F B → = q v x 3 B x - v y B x k ^

Igualando as duas expressões, ficamos com:

q v x 3 B x - v y B x =   6,4 × 10 - 19

Passando o q para o outro lado dividindo:

v x 3 B x - v y B x =   6,4   . 10 - 19 q

Colocando B x em evidência:

B x ( 3 v x - v y ) =   6,4   . 10 - 19 q

Vamos isolar esse B x :

B x =   6,4   . 10 - 19 q ( 3 v x - v y )

Eu já tinha substituído do valor da força magnética F B = 6,4 × 10 - 19 N   , mas vamos lembrar quem é v x e v y ?

Ele nos disse no enunciado:

v ^ = 2,0 i ^ + 4,0 j ^ m / s

Logo podemos separar:

v x = 2 m / s

E

  v y = 4 m / s

Vamos então substituir esses valores:

B x =   6,4   . 10 - 19 q [ ( 3.2 ) - 4 ]

E qual é o valor da carga de um elétron?

q =   - 1,6 × 10 - 19 C

Substituindo em B x :

B x = 6,4 × 10 - 19 N - 1,6 × 10 - 19 C   . 6 – 4 m s

B x = 6,4 × 10 - 19 N - 1,6 × 10 - 19 C   . 2 m s

B x = 6,4 × 10 - 19 N -   3,2   .   10 - 19 C m s

B x = - 2,0 T .

Resposta

B x = - 2,0 T .

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