Física do Zero [QG do ENEM] - Aula 17 - Decifrando a Regra de Fleming - Mão direita ou Esquerda

Prévia do material em texto

Física do Zero 
Gabriel Gregon 
Aula 17 – Decifrando a Regra de Fleming do eletromagnetismo 
 
1) Julgue falsa ou verdadeira cada uma das seguintes afirmações: 
 
I. Um portador de carga elétrica imerso em um campo magnético sempre fica 
submetido a uma força, devido a esse campo. 
 
II. Um portador de carga elétrica imerso em um campo elétrico sempre fica 
submetido a uma força, devido a esse campo. 
 
III. A força magnética atuante em um portador de carga elétrica não modifica o 
módulo de sua velocidade, porque a força e a velocidade são perpendiculares. 
Assim, essa força não realiza trabalho. 
 
2) Na figura, temos um sistema cartesiano triortogonal OXYZ. Na região existe um 
campo magnético uniforme B , de intensidade B=0,25T. Uma partícula 
eletrizada com carga 94,0 10 Cq   é lançada perpendicularmente ao campo, 
com velocidade v , de módulo 65,0 10 m/s, como representado na figura. 
 
Caracterize a força magnética mF atuante na partícula, ao ser lançada 
 
3) Na figura a seguir, um elétron e um próton são atirados perpendicularmente a 
uma placa retangular, disposta verticalmente e dividida em duas regiões. Antes 
de atingir a placa, porém, as duas partículas passam entre os polos de um ímã: 
 
 
Na ausência do campo magnético do ímã, as partículas atingiram o centro O da 
placa. Na presença do ímã, determine a região (I ou II) atingida: 
a) pelo elétron; 
b) pelo próton. 
 
 
4) A figura abaixo mostra um bastão de cobre XYZ inteiramente mergulhado em 
um campo magnético uniforme (não muda módulo, direção e sentido). O 
bastão, sempre mantido perpendicularmente ao campo, rota em torno do 
ponto Y, com velocidade angular constante, no sentido indicado. Quais são os 
sinais das cargas elétricas adquiridas pelas regiões X, Y e Z do bastão, 
respectivamente? 
 
5) Observe a figura: 
 
 
Uma placa metálica é ligada, nos pontos P e Q, aos polos de uma bateria. 
Aplicando-se à placa um campo magnético uniforme B, verifica-se que uma 
diferença de potencial VMN aparece entre as 
laterais M e N da placa. O aparecimento dessa diferença de potencial deve-se ao 
fato de que os elétrons livres da placa, ao estabelecer-se nela a corrente elétrica, 
movem-se: 
 
a) de Q para P e são deslocados pelo campo magnético para a lateral N. 
b) de Q para P e são deslocados pelo campo magnético para a lateral M. 
c) de P para Q e são deslocados pelo campo magnético para a lateral N. 
d) de P para Q e são deslocados pelo campo magnético para a lateral M. 
e) de Q para P e são deslocados pelo campo magnético no sentido contrário ao 
vetor B. 
 
6) Um próton (carga q e massa m) penetra numa região do espaço onde existe 
exclusivamente um campo de indução magnética B, uniforme e constante, 
conforme a figura. Determine o módulo de 
B, para que a carga lançada com velocidade v , de módulo 61 10 m/s , descreva 
a trajetória circular indicada, de raio 2mR . Dado: 8m/q 1 10 kg/C  
 
7) A figura mostra as trajetórias seguidas por três partículas (elétron, próton e 
dêuteron) lançadas de um mesmo ponto O, perpendicularmente às linhas de 
indução de um campo magnético uniforme 
e constante B, todas com a mesma velocidade inicial 0v : 
 
 
Quais são, respectivamente, as trajetórias descritas pelo próton, pelo dêuteron 
(partícula constituída por um nêutron e um próton) e pelo elétron? 
 
8) Em que direção, relativa a um campo magnético, uma partícula carregada deve 
se mover para que experimente um valor máximo de força defletora? E para 
experimentar um valor mínimo de força? 
 
GABARITO 
1) 
(I) Falso. A força magnética só irá atuar caso o vetor velocidade do portador não seja 
paralelo a direção do campo magnético. 
(II) Verdadeiro. Para haver interação elétrica basta que haja carga e a presença de um 
campo, sem necessidade de se averiguar a velocidade do portador. 
(III) Verdadeiro. Devido a regra da mão direita, os vetores campo (B), *velocidade (v) e 
força (F) são perpendiculares entre sí. 
*Observação: O vetor velocidade nem sempre é perpendicular ao campo magnético. 
No entanto, na expressão usada para calcular a intensidade da força magnética 
F qvBsen q , o seno de q garante que estamos pegando a componente da velocidade 
perpendicular ao campo. 
2) A força magnética atuante sobre a carga tera a orientação do eixo x (obedecendo a 
regra da mão direita) e sua intensidade é dada por: 
9 6 34 10 5 10 0,25 5 10F qvBsen         q 
 35 10 NF   
3) Devido a regra da mão direita, a força magnética que irá atuar sobre a carga positiva 
irá apontar para baixo enquanto na negativa para cima como ilustra a figura. 
 
 
4) Num condutor neutro, o número de prótons se iguala ao número de elétrons. Na 
figura abaixo, ilustramos a fins didáticos como seria essa distribuição de carga. 
Lembrando que prótons não se movem pois estão presos ao núcleo. Só quem tem 
mobilidade são os elétrons. Como a barra está em rotação, os portadores de carga 
(prótons + elétrons) tem velocidades perpendiculares a direção da barra. Essa 
velocidade conferida a eles, na presença de um campo magnético, origina uma força 
magnética cuja direção e sentido serão estabelecidos pela regra da mão direita. 
 
Os vetores em preto desenhados acima sobre os portadores de carga indicam suas 
velocidades. Para facilitar, vamos analisar o que ocorre com dois elétrons dentro desse 
condutor. 
 
 
O elétron que se encontra na região X é empurrado para o centro, tornando essa 
região positiva. O elétron que se encontra na região Z também é empurrado para o 
centro, tornando essa região positiva. Já as cargas que se encontram no centro (ponto 
Y) não estão girando e, portanto, não tem velocidade. Desse modo, não há força 
magnética atuando nas cargas que se encontram em Y. Assim, as regiões X e Z 
permanecem positivas enquanto Y fica negativa devido aos elétrons que para ali foram 
empurrados. 
5) Vamos ilustrar o que está acontecendo quando estabelecemos um campo elétrico 
nas extremidades da placa. 
 
O movimento ordenado dos elétrons irá originar uma corrente elétrica que aponta do 
polo positivo para o polo negativo da placa (de cima para baixo). Desse modo, os 
elétrons ficam sujeitos a uma força magnética que aponta para direita (ponto N). 
Assim, o potencial elétrico do ponto N será negativo enquanto o de M positivo. 
6) Um próton adentrando uma região de campo magnético uniforme e constante fica 
sujeito a atuação de uma força magnética. Como o ângulo entre os vetores v e B é 
 
igual a 90°, então, o movimento desse próton nesta região será circular e uniforme. 
Desse modo, a resultante centrípeta do movimento é igual a força magnética. 
Matematicamente, escrevemos que: 
cp MF F 
 
2
1
sen90
mv
qvB
R

   
mv m v
qB B
R q R
 
     
 
 
Substituindo os valores dados no enunciado, 
   
6
8 31 101 10 5,0 10 T
2
B  
 
     
 
 
7) A regra da mão direita irá nos nortear no que diz respeito a direção e sentido do 
movimento dos portadores de carga em movimento na presença de um campo 
magnético. Nesse sentido, podemos ilustrar que: 
 
Agora, veja que no enunciado, as inclinações de cada desvio são diferentes. Isso se 
deve ao fato de que a intensidade da força magnética leva em consideração as massas 
de cada partícula. Assim, como todas são lançadas com mesma velocidade, terá uma 
curvatura mais acentuada quem tiver maior massa. 
N P em m m  
Assim, a curvatura mais acentuada será do dêuteron, seguida do próton e logo após a 
do elétron. 
 
Portanto, a trejetória B pertence ao dêuteron, A ao próton e C ao elétron. 
8) 
Escrevendo a expressão da força magnética, temos que: 
F qVBsenq 
Desse modo, repare que para obter a maior intensidade de força o termo senq deve 
ser igual a 1 e para obter a menor intensidade de força, senq igual a zero. Isto é, no 
primeiro caso, a partícula deve ter sua velocidade perpendiculara direção do campo e 
no segundo, paralela.