PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 87 (CFS 1) da EEAR 2023
– Supondo que um elétron de carga -e e de massa igual a “m” mantém uma órbita circular de raio \text{R} em torno de um próton, em repouso, de carga “+e”. Essa órbita é mantida devido à atração coulombiana entre o elétron e o próton. Assinale a alternativa que indica corretamente a expressão da energia cinética do elétron.
Considere que “k” representa a constante eletrostática do meio.
- A\text{ke}^2
- B\dfrac{\text{ke}^2}{2\text{R}}
- C\dfrac{\text{ke}^2}{\text{R}}
- D-\dfrac{\text{ke}^2}{2\text{R}}
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Resolução comentada
A força coulombiana entre o elétron e o próton é a força centrípeta que mantém o elétron em órbita circular. Por isso, igualamos as duas expressões.
- Força elétrica (lei de Coulomb), com cargas de módulo e e distância R:
- Força centrípeta no movimento circular de velocidade v:
- Igualando F_e = F_c:
- A energia cinética é E_c = \dfrac{m v^2}{2}. Substituindo m v^2:
A energia cinética é sempre positiva, pois depende de v^2. Isso elimina a alternativa com sinal negativo, que lembra a energia mecânica total do átomo (-\dfrac{ke^2}{2R}), e não a cinética.
Alternativa B.
Pegadinha: A alternativa D engana por trazer o valor da energia total (cinética + potencial) do elétron, com sinal negativo, no lugar da cinética.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AExpressão sem dependência de R, incoerente dimensionalmente com energia.
- CEsquece o fator 1/2 da energia cinética; ke^2/R é o módulo da energia potencial elétrica.
- DÉ a energia mecânica total do elétron; a energia cinética nunca é negativa.
Assuntos: Dinâmica do movimento circular (resultante centrípeta), Força elétrica e lei de Coulomb.
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Fonte: EEAR 2023 · CFS 1. Prova oficial ↗