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Uma par�cula com carga elétrica de 5,0 x 10–6 C é acelerada entre duas placas planas e paralelas, entre as quais existe uma diferença de potencial de 100 V. Por um ori�cio na placa, a par�cula escapa e penetra em um campo magné�co de indução magné�ca uniforme de valor igual a 2,0 x 10–2 T, descrevendo uma trajetória circular de raio igual a 20 cm. Admi�ndo que a par�cula parte do repouso de uma das placas e que a força gravitacional seja desprezível, qual é a massa da par�cula?

a) 1,4 x 10–14 kg
b) 2,0 x 10–14 kg
c) 4,0 x 10–14 kg
d) 2,0 x 10–13 kg
e) 4,0 x 10–13 kg
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Desafios para Aprender

ano passado

Respostas

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ano passado

Para resolver essa questão, precisamos usar algumas fórmulas da física. 1. Energia potencial elétrica (EPE): Quando a partícula é acelerada entre as placas, a energia potencial elétrica se transforma em energia cinética. A EPE é dada por: \[ EPE = q \cdot V \] onde \( q = 5,0 \times 10^{-6} \, C \) e \( V = 100 \, V \). Calculando: \[ EPE = 5,0 \times 10^{-6} \, C \cdot 100 \, V = 5,0 \times 10^{-4} \, J \] 2. Energia cinética (EC): A energia cinética da partícula ao sair das placas é dada por: \[ EC = \frac{1}{2} m v^2 \] onde \( m \) é a massa da partícula e \( v \) é a velocidade. Como a EPE se transforma em EC, temos: \[ 5,0 \times 10^{-4} \, J = \frac{1}{2} m v^2 \] 3. Força magnética e movimento circular: Quando a partícula entra no campo magnético, a força magnética que atua sobre ela é dada por: \[ F = q v B \] e essa força é igual à força centrípeta necessária para manter a partícula em movimento circular: \[ F = \frac{m v^2}{r} \] onde \( r = 0,2 \, m \) (20 cm). Igualando as duas forças: \[ q v B = \frac{m v^2}{r} \] Simplificando, temos: \[ m = \frac{q B r}{v} \] 4. Encontrando a velocidade \( v \): Da equação da energia cinética, podemos expressar \( v \): \[ v = \sqrt{\frac{2 \cdot 5,0 \times 10^{-4} \, J}{m}} \] 5. Substituindo \( v \) na equação da massa: \[ m = \frac{q B r}{\sqrt{\frac{2 \cdot 5,0 \times 10^{-4}}{m}}} \] Resolvendo essa equação, substituindo \( q = 5,0 \times 10^{-6} \, C \), \( B = 2,0 \times 10^{-2} \, T \), e \( r = 0,2 \, m \), você encontrará a massa \( m \). Após os cálculos, a massa da partícula é encontrada como: Alternativa correta: b) \( 2,0 \times 10^{-14} \, kg \).

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