Sobre o tema
O movimento de uma partícula carregada em campos elétrico e magnético uniformes e perpendiculares é um clássico da eletrodinâmica, demonstrando a combinação de forças elétricas e magnéticas. Quando a partícula parte do repouso, a força elétrica inicial acelera-a na direção do campo elétrico, enquanto a força magnética, dependente da velocidade, desvia a trajetória. O resultado é uma curva conhecida como cicloide, gerada por um ponto na borda de um círculo que rola sem deslizar. Esse problema é relevante para compreender princípios de aceleradores de partículas, espectrômetros de massa e fenômenos como a deriva de partículas em plasmas. A análise envolve a aplicação da segunda lei de Newton e a integração das equações de movimento, levando a uma trajetória parametrizada. A alternativa correta (cicloide) contrasta com outras curvas como reta, círculo, parábola ou elipse, que ocorrem em situações específicas com diferentes condições iniciais ou ausência de um dos campos.
Tópicos relacionados
- Movimento em campos cruzados
- Força de Lorentz
- Cicloide em eletromagnetismo
- Partícula partindo do repouso
- Deriva elétrica em plasma
Enunciado
Considere o movimento de um objeto de massa m = 1,0 g, positivamente carregado, com carga q = 1,6e-19 C, em uma regiao onde existe um campo eletrico E e um campo magnetico B uniformes e perpendiculares entre si, com modulos E = 1,0e4 V/m e B = 0,1 T. O objeto parte do repouso. Assinale a alternativa que contem a trajetoria descrita pelo objeto.
Alternativas
- A)
Cicloide
- B)
Reta
- C)
Circulo
- D)
Parabola
- E)
Elipse
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Perguntas frequentes
O que é a força de Lorentz?
É a força resultante sobre uma partícula carregada devido a campos elétricos e magnéticos: F = q(E + v × B). Ela combina a força elétrica (qE) e a força magnética (qv × B).
Por que a trajetória é uma cicloide e não um círculo?
Com partida do repouso, a força elétrica acelera a partícula, enquanto a magnética age perpendicularmente à velocidade. A composição resulta em um movimento cicloidal, diferente do círculo que ocorreria apenas com campo magnético e velocidade inicial perpendicular.
Como se calcula a trajetória de uma partícula em campos cruzados?
Resolvendo as equações de movimento de Newton com a força de Lorentz. Para campos perpendiculares e partida do repouso, a solução paramétrica resulta em x = (E/B)(t - sen(ωt)/ω) e y = (E/B)(1 - cos(ωt))/ω, onde ω = qB/m, que descreve uma cicloide.
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