PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 29 do IME 2018
Uma partícula elétrica de carga unitária, dotada de massa e inicialmente parada, sofre a ação de um impulso, entrando imediatamente em uma região do espaço na qual o campo magnético é uniforme, passando a realizar um movimento no sistema de coordenadas XYZ, descrito pelas seguintes funções do tempo t:
Considerando todas as grandezas no Sistema Internacional de Unidades, o módulo do campo magnético é:
Dado:
- impulso: 10.
Observação:
- despreze a força gravitacional.
- A1,00
- B1,50
- C2,00
- D3,00
- E4,00
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Resolução comentada
O movimento é uma hélice: circular uniforme no plano XZ somado a um movimento uniforme ao longo de Y. Isso ocorre quando a velocidade tem uma componente perpendicular ao campo e outra paralela a ele. Logo \vec B está na direção Y.
-
Velocidades: v_x = 6\cos(2t), v_z = -6\sen(2t) e v_y = 8.
-
Velocidade perpendicular a B: v_\perp = \sqrt{36\cos^2 2t + 36\sen^2 2t} = 6\ \text{m/s}. A velocidade paralela vale v_y = 8\ \text{m/s}.
-
Rapidez total: v=\sqrt{6^2+8^2}=10\ \text{m/s}.
-
A partícula partiu do repouso e recebeu um impulso I = mv. Como I=10 e v=10, temos m = 1\ \text{kg}.
-
Frequência angular do movimento circular: \omega = 2\ \text{rad/s}. Também vale \omega = \dfrac{qB}{m}.
-
Com q=1 e m=1: B = \dfrac{\omega m}{q} = \dfrac{2\cdot 1}{1} = 2{,}00\ \text{T}.
Conferindo pelo raio: R = \dfrac{mv_\perp}{qB} = \dfrac{6}{2}=3, que coincide com a amplitude 3 dada no enunciado.
Alternativa C.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AIgnora a massa obtida do impulso ou usa a velocidade errada, dando B = 1.
- BResultado sem respaldo nas relações; não satisfaz ω = qB/m nem R = mv⊥/(qB).
- DConfunde o raio (3) com o valor de B.
- EUsa a velocidade paralela 8 ou a razão errada, sem corresponder a ω = 2.
Assuntos: Força magnética, Impulso e quantidade de movimento.
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Fonte: IME 2018 · Prova objetiva. Prova oficial ↗