PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 29 do IME 2023

Três partículas carregadas, inicialmente em repouso no plano da página, estão posicionadas sobre uma região do espaço submetida a uma densidade de fluxo magnético uniforme \vec{B}, que aponta para dentro do plano da página. No instante t = 0, a partícula localizada no ponto 1 é submetida a um impulso \vec{I} e descreve a trajetória indicada pela linha tracejada na figura, até ocorrer um choque perfeitamente inelástico com a partícula localizada no ponto 2. Pouco depois, outro choque perfeitamente inelástico ocorrerá com a partícula localizada na posição 3.
Dados:
- massa de cada partícula: m;
- carga da partícula inicialmente na posição 1: Q;
- carga da partícula inicialmente na posição 2: 2Q;
- carga da partícula inicialmente na posição 3: 3Q;
- módulo da densidade de fluxo magnético: B;
- intensidade do impulso: I.
Observações:
- não há efeito gravitacional;
- o sinal de Q está em conformidade com a geometria da figura;
- todas as forças de repulsão entre as partículas são desprezíveis;
- a trajetória tracejada na figura é composta pela união de três arcos de 1/4 de circunferência.
A distância total percorrida pela partícula impulsionada desde a posição 1 até o ponto identificado como final é:
- A\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{I\pi}{QB}\right)
- B\dfrac{1}{4}\left(\dfrac{I\pi}{QB}\right)
- C\dfrac{7}{8}\left(\dfrac{I\pi}{QB}\right)
- D\dfrac{3}{4}\left(\dfrac{I\pi}{QB}\right)
- E\dfrac{7}{12}\left(\dfrac{I\pi}{QB}\right)
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Resolução comentada
O impulso dá à partícula 1 a quantidade de movimento I = mv_1, logo v_1 = I/m. Em campo magnético uniforme, o movimento é circular com raio R = \dfrac{mv}{|q|B}, ou seja, R = \dfrac{p}{|q|B}, onde p é a quantidade de movimento.
-
Arco 1→2 (um quarto de circunferência): R_1 = \dfrac{I}{QB}. Comprimento: s_1 = \dfrac{1}{4}\cdot 2\pi R_1 = \dfrac{\pi}{2}\dfrac{I}{QB}.
-
Choque inelástico com a partícula 2, que está em repouso. A quantidade de movimento se conserva, e a massa passa a 2m e a carga a Q+2Q = 3Q. Então p = I continua igual, e R_2 = \dfrac{I}{3QB}. Comprimento: s_2 = \dfrac{\pi}{2}\cdot\dfrac{I}{3QB} = \dfrac{\pi}{6}\dfrac{I}{QB}.
-
Choque com a partícula 3, também em repouso. A massa passa a 3m e a carga a 3Q+3Q = 6Q. Com p = I, o raio é R_3 = \dfrac{I}{6QB}. Comprimento: s_3 = \dfrac{\pi}{2}\cdot\dfrac{I}{6QB} = \dfrac{\pi}{12}\dfrac{I}{QB}.
Somando, em unidades de \dfrac{I\pi}{QB}:
Os raios decrescentes (R, R/3, R/6) concordam com a figura.
Alternativa D.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AConsidera só o primeiro arco, ignorando os dois arcos após os choques.
- BUsa só um quarto de \pi I/(QB), erro na fórmula do comprimento do primeiro arco.
- CSoma incorreta dos arcos, com raios que não seguem R, R/3, R/6.
- ESoma incorreta dos arcos, com raios que não seguem R, R/3, R/6.
Assuntos: movimento circular em campo magnético, conservação da quantidade de movimento, colisão inelástica.
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Fonte: IME 2023 · Prova objetiva. Prova oficial ↗