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Lista de Força Magnética Prof. Edu Lessi - Física 2 1 1. (Fatec 2019) Dois fios condutores idênticos, paralelos entre si, e de comprimento infinito são percorridos simultaneamente por correntes elétricas de mesmo sentido e de mesma intensidade. Considere que eles estejam dispostos perpendiculares ao plano do papel desta prova. Nessas condições, é correto afirmar que: a) Geram campos magnéticos perpendiculares ao plano do papel. b) Geram campos magnéticos circulares ao plano do papel. c) Geram campos magnéticos repulsivos entre si. d) Sofrem entre si uma forēa de repulsćo. e) Sofrem entre si uma força de atração. 2. (Efomm 2019) Um tenente da EFOMM construiu um dispositivo para o laboratório de Física da instituição. O dispositivo é mostrado na figura a seguir. Podemos observar que uma barra metálica, de 5 m de comprimento e 30 kg, está suspensa por duas molas condutoras de peso desprezível, de constante elástica 500 N m e presas ao teto. As molas estão com uma deformação de 100 mm e a barra está imersa num campo magnético uniforme da intensidade 8,0 T. Determine a intensidade e o sentido da corrente elétrica real que se deve passar pela barra para que as molas não alterem a deformação. a) 2,5 A, esquerda. b) 2,5 A, direita. c) 5 A, esquerda. d) 5 A, direita. e) 10 A, direita 3. (Eear 2019) Uma partícula com carga elétrica igual a 3,2 Cμ e velocidade de 42 10 m s é lançada perpendicularmente a um campo magnético uniforme e sofre a ação de uma força magnética de intensidade igual a 21,6 10 N. Determine a intensidade do campo magnético (em Tesla) no qual a partícula foi lançada. a) 30,25 10 b) 32,5 10 c) 42,5 10 d) 60,25 10 4. (Ueg 2018) A figura a seguir descreve uma região do espaço que contém um vetor campo elétrico E e um vetor campo magnético B. Mediante um ajuste, percebe-se que, quando os campos elétricos e magnéticos assumem valores de 31,0 10 N C e 22,0 10 T, respectivamente, um íon positivo, de massa desprezível, atravessa os campos em linha reta. A velocidade desse íon, em m s, foi de a) 45,0 10 b) 51,0 10 c) 32,0 10 d) 33,0 10 e) 41,0 10 5. (Ufu 2018) Esta figura, utilizando como referência os eixos X, Y e Z, mostra uma espira quadrada, feita de um fio metálico rígido, inicialmente em repouso, de lado 10 cm, que se encontra, em um dado instante, no plano YZ, e com corrente elétrica I 10 A. Nessa região do espaço, atua um campo magnético uniforme de intensidade B 5T na direção do eixo Z e em seu sentido positivo. Com base na situação descrita e representada na figura, responda. a) Qual a força magnética (módulo, direção e sentido) em cada lado da espira? b) Considerando-se apenas as forças magnéticas, qual a força resultante na espira? A espira irá se mover ou permanecerá em repouso? Justifique sua resposta. 6. (Fac. Albert Einstein - Medicin 2018) Dois fios condutores retos, muito compridos, paralelos e muito próximos entre si, são percorridos por correntes elétricas constantes, de sentidos opostos e de intensidades 2 A e 6 A, conforme esquematizado na figura. A razão entre os módulos das forças magnéticas de um fio sobre o outro e o tipo de interação entre essas forças é igual a: a) 1, repulsiva. b) 3, atrativa. c) 12, atrativa. d) a resultante das forças será nula, portanto, não haverá interação entre elas. 7. (Ufu 2018) Uma forma de separar diferentes partículas carregadas é acelerá- las, utilizando placas que possuem diferença de potencial elétrico (V), de modo que adquiram movimento retilíneo para, em seguida, lançá-las em uma região onde atua campo magnético uniforme (B). Se o campo magnético atuar em direção perpendicular à velocidade (v) das partículas, elas passam a descrever trajetórias circulares e, dependendo de suas características, com raios de curvaturas diferentes. A figura ilustra o esquema de um possível equipamento que possui funcionamento similar ao descrito. Nesse esquema, dois tipos diferentes de partículas são aceleradas a partir do repouso do ponto A, descrevem incialmente uma trajetória retilínea comum e, em seguida, na região do campo magnético, trajetórias circulares distintas. 2 Considerando-se a situação descrita e representada na figura, é correto afirmar que a) Ambas as partículas gastam o mesmo tempo para descrever a trajetória circular. b) Ambas as partículas possuem carga elétrica negativa. c) A partícula que possui maior carga possui trajetória com maior raio de curvatura. d) A partícula que possui maior relação massa/carga possui menor raio de curvatura. 8. (Espcex (Aman) 2018) Uma carga elétrica puntiforme, no interior de um campo magnético uniforme e constante, dependendo de suas condições cinemáticas, pode ficar sujeita à ação de uma força magnética. Sobre essa força pode-se afirmar que a) Tem a mesma direção do campo magnético, se a carga elétrica tiver velocidade perpendicular a ele. b) É nula se a carga elétrica estiver em repouso. c) Tem máxima intensidade se o campo magnético e a velocidade da carga elétrica forem paralelos. d) É nula se o campo magnético e a velocidade da carga elétrica forem perpendiculares. e) Tem a mesma direção da velocidade da carga elétrica. 9. (Ebmsp 2018) A espectrometria de massas é uma poderosa ferramenta física que caracteriza as moléculas pela medida da relação massa/carga de seus íons. Ela foi usada, inicialmente, na determinação de massas atômicas e vem sendo empregada na busca de informações sobre a estrutura de compostos orgânicos, na análise de misturas orgânicas complexas, na análise elementar e na determinação da composição isotópica dos elementos. A espectrometria de massas acoplada, MS MS, é uma técnica analítica poderosa, usada para identificar compostos desconhecidos, quantificar compostos conhecidos e auxiliar na elucidação estrutural de moléculas. A MS MS apresenta uma vasta gama de aplicações, como por exemplo: na ecologia, na toxicologia, na geologia, na biotecnologia, e na descoberta e desenvolvimento de fármacos. Disponível em: <http://www.ufrgs.br/uniprote- ms/Content/02PrincipiosDeAnalise/espectometria.html>. Acesso em: set. 2017. Considere a figura que representa, na forma de um esquema simplificado, um espectrômetro de massa, sendo F a fonte de íons, que são acelerados pela diferença de potencial V, entram na região onde existe o campo magnético B e descrevem uma trajetória semicircular. Sabendo que os íons são compostos de partículas idênticas, cada uma eletrizada com a carga igual a 61,0 10 C e com massa, 141,0 10 kg, que penetram, perpendicularmente, na região do campo magnético uniforme com velocidade de módulo 610 m s e descrevem trajetória semicircular de raio 1,0 mm, - determine a intensidade do campo magnético. 10. (Efomm 2017) Uma partícula com carga elétrica de 65,0 10 C é acelerada entre duas placas planas e paralelas, entre as quais existe uma diferença de potencial de 100 V. Por um orifício na placa, a partícula escapa e penetra em um campo magnético de indução magnética uniforme de valor igual a 22,0 10 T, descrevendo uma trajetória circular de raio igual a 20 cm. Admitindo que a partícula parte do repouso de uma das placas e que a força gravitacional seja desprezível, qual é a massa da partícula? a) 141,4 10 kg b) 142,0 10 kg c) 144,0 10 kg d) 132,0 10 kg e) 134,0 10 kg 11. (Uepg 2017) Uma partícula de carga q e massa m está se movendo, em linha reta, com uma velocidade constante v, numa região onde existem campos elétrico e magnético uniformes. O campo elétrico E e o vetor indução magnética B são perpendicularesentre si e cada um deles é perpendicular ao vetor velocidade da partícula. Analise a situação e assinale o que for correto. 01) Na presente situação, o módulo da velocidade da partícula é E B. 02) Se o campo elétrico for desligado, a trajetória da partícula será uma espiral com raio 0r qv mB. 04) Na situação descrita no enunciado, a força elétrica não realiza trabalho sobre a partícula. 08) A trajetória da partícula não depende da direção do vetor velocidade, mas apenas de seu módulo. 16) Se a partícula estivesse em repouso, a força resultante sobre ela seria nula. 12. (Unioeste 2017) Três fios longos, retilíneos e paralelos indicados pelas letras A, B e C são percorridos pelas correntes elétricas constantes, A BI , I e CI , conforme mostra a figura abaixo. Assinale a alternativa CORRETA que indica a razão entre AI e BI para que a resultante da força magnética no fio C, exercida pelos fios A e B, seja nula. a) A BI I 1 2 b) A BI I 2 c) A BI I 1 4 d) A BI I 4 e) Não existe razão possível, já que ambas as forças apontam na mesma direção. 13. (Unesp 2017) Um motor elétrico é construído com uma espira retangular feita com um fio de cobre esmaltado semirraspado em uma extremidade e totalmente raspado na outra, apoiada em dois mancais soldados aos polos A e B de uma pilha. Presa a essa espira, uma hélice leve pode girar livremente no sentido horário ou anti-horário. Um ímã é fixo à pilha com um de seus polos magnéticos (X) voltado para cima, criando o campo magnético responsável pela força magnética que atua sobre a espira, conforme ilustrado na figura. Se A for um polo __________, B um polo __________ e X um polo __________, dado um impulso inicial na espira, ela mantém-se girando no sentido __________. Assinale a alternativa que completa, correta e respectivamente, as lacunas do texto. 3 a) negativo – positivo – sul – horário b) negativo – positivo – norte – anti-horário c) positivo – negativo – sul – anti-horário d) positivo – negativo – norte – horário e) negativo – positivo – norte – horário 14. (Famema 2017) Uma mesma espira retangular, de massa desprezível, foi parcialmente imersa em um mesmo campo magnético constante e uniforme B de duas maneiras distintas. Na primeira, a espira é mantida em equilíbrio sob ação apenas da força vertical 1F e da força magnética gerada pela circulação de uma corrente elétrica contínua pela espira, conforme figura 1. Na segunda, a espira é mantida em equilíbrio sob ação apenas da força vertical 2F e da força magnética gerada pela circulação de uma corrente elétrica contínua pela espira, conforme figura 2. Sabendo que nas duas situações a intensidade da corrente elétrica que circula pela espira é a mesma, que a intensidade de 1F é 10 N e considerando as informações contidas nas figuras, é correto afirmar que a intensidade de 2F é igual a a) 50 N. b) 10 N. c) 75 N. d) 20 N. e) 25 N. 15. (Ufjf-pism 3 2017) João, em suas experiências de laboratório, resolve construir uma balança de indução magnética. Essa balança é composta de uma barra que equilibra de um lado um prato com uma massa m e de outro um circuito por onde circula uma corrente i 0,5 A. Parte do circuito contendo dois segmentos de mesmo tamanho L 20 cm está imersa numa região de campo magnético uniforme e de módulo igual 10 mT. O campo magnético uniforme está confinado na região tracejada e aponta perpendicularmente para fora do plano da folha de papel, de acordo com a figura mostrada abaixo. a) Usando o sistema de coordenadas abaixo, especifique a direção e o sentido das forças induzidas em cada segmento do circuito, indicando o ângulo segundo os eixos desse sistema. Considere que o centro deste sistema é o vértice do circuito. Desenhe também diretamente no triângulo da figura da balança o sentido da corrente elétrica. b) Qual o valor da massa que essa balança equilibra? 16. (Udesc 2017) Um campo magnético uniforme está entrando no plano da página. Uma partícula carregada move-se neste plano em uma trajetória em espiral, no sentido horário e com raio decrescente, como mostra a figura abaixo. Assinale a alternativa correta para o comportamento observado na trajetória da partícula. a) A carga é negativa e sua velocidade está diminuindo. b) A carga é positiva e sua velocidade está diminuindo. c) A carga é positiva e sua velocidade está aumentando. d) A carga é negativa e sua velocidade está aumentando. e) A carga é neutra e sua velocidade é constante. 17. (Uem-pas 2017) Uma partícula não relativística com carga q e massa m, movendo-se com o módulo da velocidade constante v, é lançada por uma abertura em uma região com campo magnético B, como ilustra a figura abaixo. Sabendo que v é perpendicular a B e que a partícula descreve uma trajetória circular de raio r, assinale o que for correto. 01) Se o módulo da velocidade for mantido constante e a razão q m dobrada, a partícula descreverá uma trajetória de raio r 2. 02) Se a razão q m for mantida constante e o módulo da velocidade triplicado, a partícula descreverá uma trajetória de raio r 3. 04) Se a razão q m e o módulo da velocidade forem mantidos constantes, duplicando-se o módulo do campo magnético, a partícula descreverá uma trajetória de raio 2r. 08) Na região em que o campo magnético atua, a partícula está sujeita a uma força proporcional ao módulo do campo magnético e inversamente proporcional ao módulo da sua velocidade. 16) Desligando o campo magnético (B 0), a partícula seguiria uma trajetória retilínea ao passar pela abertura. 18. (Uerj 2017) A força magnética que atua em uma partícula elétrica é expressa pela seguinte fórmula: F q v B sen θ q carga elétrica da partícula v velocidade da partícula B campo magnético θ ângulo entre a velocidade da partícula e o campo magnético Admita quatro partículas elétricas idênticas, 1P , 2P , 3P e 4P , penetrando com velocidades de mesmo módulo em um campo magnético uniforme B, conforme ilustra o esquema. 4 Nesse caso, a partícula em que a força magnética atua com maior intensidade é: a) 1P b) 2P c) 3P d) 4P 19. (Usf 2017) A tomografia, por emissão de pósitrons ou PET-SCAN, é um exame de imagem que utiliza uma substância radioativa (18- Fluordesoxiglicose) para rastrear células tumorais no organismo. A técnica ou exame mais utilizado em oncologia é o chamado PET/CT, que consiste na fusão de imagens geradas pelo PET (Tomografia por Emissão de Pósitrons) com as imagens geradas pela Tomografia Computadorizada. Diferentemente de uma radiografia ou tomografia que analisa uma estrutura ou órgão do corpo de uma forma estática, o PET é um exame funcional, ou seja, tem a capacidade de mostrar o funcionamento de um tecido em nível molecular. Disponível em: ttp:<//www.oncomedbh.com.br/site/?menu=Informa%E7%F5es&submenu = Fique%20por%20dentro&i=73&pagina=O%20que%20%E9%20PET- SCAN?%A0>. Acesso em: 15/05/2017. O pósitron usado nesse exame é a antipartícula do elétron e apresenta a mesma massa do elétron, porém carga elétrica positiva. Ele foi descoberto por Paul Dirac em 1928, mas a sua existência foi observada por Andersen em 1936. As partículas eletrizadas como o pósitron interagem com campos magnéticos e isso resulta em várias aplicações práticas importantes, como a descrita no texto acima. Ao se lançar, com velocidades iguais, um próton, um elétron e um pósitron perpendicularmente a um campo magnético uniforme, essas partículas a) Ficam sujeitas a forças magnéticas de intensidades diferentes, com direção paralela ao campo magnético a que elas estão submetidas. b) Apresentam movimento circular uniforme, sendo todas as partículascom trajetórias de raios com valores distintos. c) Alteram a sua energia cinética enquanto estiverem no interior do campo magnético. d) Descrevem trajetórias circulares, e o próton apresentará a menor frequência no movimento circular, quando comparado com as outras partículas. e) Não terão qualquer variação nos seus respectivos momentos lineares, ou seja, o vetor quantidade de movimento de cada uma das partículas permanecerá inalterado. 20. (Ufpr 2017) Em uma câmara com vácuo, um acelerador de elétrons emite partículas que saem dele em movimento retilíneo uniforme com trajetória horizontal. Um dispositivo composto por um núcleo de ferro, um solenoide e uma bateria, conforme mostrado na figura a seguir, produz um campo magnético uniforme de 0,03 T no entreferro do núcleo de ferro. O sistema tem dimensionamento tal que o campo magnético é significativo apenas no entreferro. a) Represente, no entreferro do núcleo de ferro da figura, as linhas de campo magnético. Justifique a sua resposta. b) Qual é, por ação do campo magnético, o comportamento da trajetória a ser descrita pelos elétrons no núcleo de ferro no início do movimento no entreferro? Indicar também o sentido do movimento a ser executado. Justifique a sua resposta. c) Considerando os valores aproximados, por conveniência de cálculo, para algumas das grandezas físicas mostradas abaixo, determine a aceleração de cada elétron que penetra no entreferro do núcleo de ferro se a velocidade deles , ao iniciarem o movimento no entreferro, for de 400 m s. 31 elétron 19 elétron m 9 10 kg q 1,5 10 C F q v B senθ 21. (Mackenzie 2017) Uma partícula eletrizada positivamente, de massa desprezível, penetra na região do espaço onde existe um campo elétrico uniforme de intensidade 5 N1,0 10 , C orientado verticalmente para baixo, conforme a figura acima. A partícula descreve uma trajetória retilínea, pela presença de um campo magnético uniforme B, de intensidade 34,0 10 T, perpendicular ao campo elétrico e de sentido entrando no plano do papel. A intensidade da velocidade da partícula é, em m , s a) 40 b) 35 c) 30 d) 25 e) 20 22. (Ufrgs 2017) A figura (i) abaixo esquematiza um tubo de raios catódicos. Nele, um feixe de elétrons é emitido pelo canhão eletrônico, é colimado no sistema de foco e incide sobre uma tela transparente que se ilumina no ponto de chegada. Um observador posicionado em frente ao tubo vê a imagem representada em (ii). Um ímã é então aproximado da tela, com velocidade constante e vertical, conforme mostrado em (iii). Assinale a alternativa que descreve o comportamento do feixe após sofrer a influência do ímã. a) O feixe será desviado seguindo a seta 1. b) O feixe será desviado seguindo a seta 2. c) O feixe será desviado seguindo a seta 3. d) O feixe será desviado seguindo a seta 4. e) O feixe não será desviado. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Adote os seguintes valores quando necessário: Módulo da aceleração da gravidade 2(g) 10 m s 5 1quilograma-força (kgf ) 10 N 1cal 4 J 1cv 740 W 31tonelada 10 kg 5 21atm 1 10 N m 23. (Pucsp 2017) Dois longos fios metálicos, retilíneos e flexíveis estão inicialmente dispostos conforme indica a Figura 1 e localizados numa região do espaço onde há a presença de um intenso campo magnético constante e perpendicular ao plano da folha. Quando os fios são percorridos por corrente elétrica de mesma intensidade constante, verificam-se as deformações indicadas na Figura 2. Para que isso seja possível, o sentido do campo magnético e da corrente elétrica em cada fio deve ser: a) Campo magnético entrando na folha (X) e sentido da corrente elétrica de A para B no fio 1 e sentido de B para A no fio 2. b) Campo magnético saindo da folha ( ) e sentido da corrente elétrica de A para B no fio 1 e sentido de B para A no fio 2. c) Campo magnético entrando na folha (X) e sentido da corrente elétrica de B para A no fio 1 e sentido de B para A no fio 2. d) Campo magnético saindo na folha ( ) e sentido da corrente elétrica de B para A nos fios 1 e 2. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Quando necessário, adote: módulo da aceleração da gravidade: 210 m s densidade do ar: 31,2 kg m calor específico do ar: 1 10,24 cal g C 1cal 4,2 J permeabilidade magnética do meio: 74 10 T m Aμ π valor de pi: 3π 24. (Fac. Albert Einstein - Medicin 2017) Determine o valor da força magnética, em newtons, entre dois fios metálicos cilíndricos, de mesma resistividade elétrica, retilíneos, paralelos, de comprimentos iguais a 100 cm, distanciados em 10 cm e com raios de 1mm e 2 mm, quando cada um deles for ligado a uma fonte de corrente contínua de diferença de potencial igual a 2,0 V. Adote: 24 n mρ Ω (resistividade elétrica do metal dos fios) a) 0,2 b) 0,3 c) 0,4 d) 0,5 25. (Fgv 2016) Uma partícula dotada de massa e eletrizada negativamente é lançada, com velocidade inicial 0V , para o interior de uma região A onde impera um campo elétrico uniforme. A partícula segue a trajetória retilínea paralela ao plano da folha, mostrada na figura. Logo após atravessar a região A, a partícula ingressa na região B, com velocidade ov v , onde há um campo magnético uniforme, orientado perpendicularmente ao plano da folha, apontando para fora dela. É correto afirmar que a orientação do campo elétrico em A é paralela ao plano da folha no a) Mesmo sentido de 0v ; em B, a partícula segue a trajetória circular I de raio R. b) Sentido oposto ao de 0v ; em B, a partícula segue a trajetória circular I de raio R. c) Sentido oposto ao de 0v ; em B, a partícula segue a trajetória circular IV de raio R. d) Sentido oposto ao de 0v ; em B, a partícula segue a trajetória parabólica II. e) Mesmo sentido de 0v ; em B, a partícula segue a trajetória parabólica III. 26. (Fmj 2016) Duas placas longas, planas e eletrizadas com sinais opostos e de mesmo módulo, dispostas paralelamente e distanciadas de 20 cm uma da outra, apresentam entre si diferença de potencial 200 V. Uma carga elétrica q, de sinal negativo e peso desprezível, é mantida em movimento entre as placas, paralelamente a elas e com velocidade v igual a 100 m s, como mostra a figura. a) Represente na figura abaixo os vetores campo elétrico e força elétrica atuantes na carga, enquanto ela estiver na região central entre as duas placas. b) Considere desprezíveis os efeitos de bordas das placas eletrizadas e que a intensidade da força magnética atuante na carga q seja dada por magF Bqv sen , em que B é a intensidade do campo magnético e é o ângulo formado entre as linhas do campo magnético com a direção de v. Determine o módulo, em tesla, e o sentido do vetor campo magnético B que deve ser aplicado na região central entre as placas e perpendicularmente ao plano da figura, para manter a velocidade da carga constante em módulo e direção. 6 27. (Ufu 2016) O esquema a seguir representa, ainda que resumidamente, o funcionamento do disco rígido de um computador, utilizado para armazenamento de dados. O conjunto é constituído por um braço giratório, sendo que, em uma de suas extremidades, há um cabeçote de leitura e gravação, que fica sobre o disco de armazenamento de dados. Na outra extremidade desse braço, há fios enrolados em formato de espira, que se encontram sobre um ímã. Dependendo da direção que a corrente assume na espira, esse braço pode girar em torno de um eixo em sentido horário ou anti- horário, posicionando o cabeçote sobre o disco de armazenamento de dados no local desejado. Com base nas informações, responda: a) Sea corrente que percorre a espira tiver a direção indicada no esquema, o braço giratório se moverá em sentido horário ou anti-horário? Justifique sua resposta. b) Sem alterar os componentes e a estrutura do disco rígido indicados na figura, qual medida pode ser tomada para que o braço giratório gire mais rapidamente em torno de seu eixo? 28. (Ufrgs 2016) No esquema da figura abaixo, o fio F, horizontalmente suspenso e fixo nos pontos de suporte P, passa entre os polos de um ímã, em que o campo magnético é suposto horizontal e uniforme. O ímã, por sua vez, repousa sobre uma balança B, que registra seu peso. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Em dado instante, a chave C é fechada, e uma corrente elétrica circula pelo fio. O fio sofre uma força vertical, __________, e o registro na balança __________. a) para baixo – não se altera. b) para baixo – aumenta. c) para baixo – diminui. d) para cima – aumenta. e) para cima – diminui. 29. (Espcex (Aman) 2016) A figura abaixo representa um fio condutor homogêneo rígido, de comprimento L e massa M, que está em um local onde a aceleração da gravidade tem intensidade g. O fio é sustentado por duas molas ideais, iguais, isolantes e, cada uma, de constante elástica k. O fio condutor está imerso em um campo magnético uniforme de intensidade B, perpendicular ao plano da página e saindo dela, que age sobre o condutor, mas não sobre as molas. Uma corrente elétrica i passa pelo condutor e, após o equilíbrio do sistema, cada mola apresentará uma deformação de: a) Mg 2k BiL b) BiL Mg 2k c) k 2(Mg BiL) d) Mg BiL 2k e) 2k BiL Mg 30. (Udesc 2016) Um elétron com velocidade v se movimenta na presença de um campo magnético B, conforme mostra a figura, saindo do plano do papel. Considerando a magnitude da velocidade do elétron igual a um décimo da velocidade da luz, e a magnitude do campo magnético igual a 1,0 T, o raio da órbita circular desse elétron é, aproximadamente, igual a: a) 41,7 10 m. b) 31,7 10 m. c) 21,7 10 m. d) 41,0 10 m. e) 31,0 10 m.
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