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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 77 da FUVEST 2020

1ª fase · Física: Força magnética

Um solenoide muito longo é percorrido por uma corrente elétrica I, conforme mostra a figura 1.

Esquema tridimensional de um solenoide cilíndrico percorrido por uma corrente elétrica I que sobe na espira à esquerda e desce à direita.

Em um determinado instante, uma partícula de carga q positiva desloca-se com velocidade instantânea \vec{v} perpendicular ao eixo do solenoide, na presença de um campo elétrico na direção do eixo do solenoide. A figura 2 ilustra essa situação, em uma seção reta definida por um plano que contém o eixo do solenoide.

Corte longitudinal do solenoide mostrando correntes com sentido para fora do papel no topo e para dentro do papel na base. No interior, uma carga positiva +q tem velocidade instantânea v apontando para dentro do plano do papel e campo elétrico E apontando para a direita ao longo do eixo.

O diagrama que representa corretamente as forças elétrica \vec{F}_E e magnética \vec{F}_B atuando sobre a partícula é:

  1. A
    Vetor F_E apontando horizontalmente para a direita e vetor F_B apontando verticalmente para baixo a partir do mesmo ponto.
  2. B
    Vetor F_B apontando verticalmente para cima e vetor F_E apontando horizontalmente para a direita a partir do mesmo ponto.
  3. C
    Vetor F_E apontando horizontalmente para a esquerda e vetor F_B apontando horizontalmente para a direita em sentidos opostos a partir do mesmo ponto.
  4. D
    Vetor F_B entrando perpendicularmente no plano do papel e vetor F_E apontando horizontalmente para a direita.
  5. E
    Vetor F_E apontando horizontalmente para a esquerda e vetor F_B saindo perpendicularmente do plano do papel.
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Resolução comentada

A força elétrica sobre uma carga é dada por

\vec{F}_E=q\vec{E}.

Como a partícula tem carga positiva, essa força possui o mesmo sentido do campo elétrico: para a direita.

Para determinar a força magnética, primeiro precisamos descobrir o sentido do campo magnético dentro do solenoide. Nesse interior, o campo é aproximadamente uniforme e paralelo ao eixo. Pela regra da mão direita, curve os dedos no sentido da corrente nas espiras; o polegar indica o sentido de \vec{B}. Com a corrente saindo do papel na parte superior e entrando na inferior, o campo aponta para a direita.

A força magnética é dada por

\vec{F}_B=q\,\vec{v}\times\vec{B}.

Ela é perpendicular tanto à velocidade quanto ao campo magnético. Para a carga positiva, aplique a regra da mão direita ao produto vetorial: indicador no sentido da velocidade, entrando no papel, e dedo médio no sentido do campo, para a direita. O polegar aponta para baixo, indicando \vec{F}_B.

Portanto, o diagrama deve mostrar a força elétrica para a direita e a força magnética para baixo.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BInverte o sentido da força magnética, que deve apontar para baixo.
  • CInverte a força elétrica e coloca a força magnética paralela ao campo magnético.
  • DColoca a força magnética na direção da velocidade, embora ela deva ser perpendicular a essa direção.
  • EInverte a força elétrica e coloca a força magnética na direção da velocidade.

Assuntos: Força magnética, Campo elétrico, Campo magnético: ímãs e correntes.

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