PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 8 (Física) da 2ª fase do ITA 2020
Texto-base das questões 01 a 10 · Física
Considere dadas as seguintes constantes físicas e, quando necessário, use estes seus valores bem como a conversão de unidades apresentada:
Aceleração local da gravidade: g = 10\text{ m/s}^2.
Constante de Boltzmann: k_B = 1{,}4 \times 10^{-23}\text{ J/K}.
Constante universal dos gases: R = 8\,\frac{\text{J}}{\text{mol}\cdot\text{K}}.
Densidade da água: 1{,}0\text{ g/cm}^3.
Velocidade da luz no vácuo: c = 3{,}0 \times 10^8\text{ m/s}.
1{,}0\text{ cal} = 4{,}2\text{ J}.
Um capacitor 1 de placas paralelas está submetido a uma d.d.p. V_1 = 12\text{ V}, e um capacitor 2, idêntico ao primeiro, a uma d.d.p. V_2. Um elétron em repouso parte do ponto P, atravessa um orifício no primeiro capacitor e adentra o segundo através de outro orifício, a 60^\circ em relação à placa, conforme indica a figura. Desconsiderando a ação da gravidade, determine a d.d.p. V_2 para que o elétron tangencie a placa superior do capacitor 2.

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Resolução comentada
a)
O problema tem duas etapas: a aceleração no capacitor 1 e a desaceleração vertical no capacitor 2.
Capacitor 1. O elétron parte do repouso e é acelerado pela d.d.p. V_1. Pelo teorema trabalho-energia cinética:
Capacitor 2. O campo elétrico é perpendicular às placas, então só atua na componente vertical da velocidade. A componente horizontal, paralela às placas, se conserva.
A componente vertical na entrada é v_y = v\,\sen 60^\circ. Para o elétron apenas tangenciar a placa superior, sua velocidade vertical deve se anular exatamente ao chegar lá, depois de percorrer toda a distância d entre as placas. Nesse trecho o campo realiza trabalho eEd = eV_2, e ele retira toda a energia cinética associada à componente vertical:
Substituindo \frac{m v^2}{2} = eV_1:
O campo do capacitor 2 deve frear o elétron, ou seja, a placa superior deve estar no potencial mais baixo.
V_2 = 9\ \text{V}
Assuntos: Campo elétrico, Potencial elétrico e energia potencial elétrica.
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Fonte: ITA 2ª fase 2020 · Física. Prova oficial ↗