Questões Sobre Força Magnética - Física - Vestibular Tradicional

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11) Um dos lados de uma espira retangular rígida com massa m = 8,0 g, na qual circula uma corrente I, é atado ao teto por dois fios não condutores de comprimentos iguais. Sobre esse lado da espira, medindo 20,0 cm, atua um campo magnético uniforme de 0,05T, perpendicular ao plano da espira. O sentido do campo magnético é representado por uma seta vista por trás, penetrando o papel, conforme é ilustrado na figura.

A) 8,0 A.
B) 7,0 A.
C) 6,0 A.
D) 5,0 A.
E) 4,0 A.

A alternativa correta é letra A

Para que a força de tração seja igual a zero, a força magnética sobre o lado do condutor deve ser igual à força peso. Assim,

F_mag = F_peso

B . i . l . sen (β) = m . g

0,05 . i . 0,20 . 1 = 8,0 . 10^-3 . 10,0

i = 8,0 A

Resposta correta letra A.

12) Dois longos fios metálicos, retilíneos e flexíveis estão inicialmente dispostos conforme indica a Figura 1 e localizados numa região do espaço onde há a presença de um intenso campo magnético constante e perpendicular ao plano da folha. Quando os fios são percorridos por corrente elétrica de mesma intensidade constante, verificam-se as deformações indicadas na Figura 2.

A) Campo magnético entrando na folha (Х) e sentido da corrente elétrica de A para B no fio 1 e sentido de B para A no fio 2.
B) Campo magnético saindo da folha (•) e sentido da corrente elétrica de A para B no fio 1 e sentido de B para A no fio 2.
C) Campo magnético entrando na folha (
D) e sentido da corrente elétrica de B para A no fio 1 e sentido de B para A no fio 2.
E) Campo magnético saindo na folha (•) e sentido da corrente elétrica de B para A nos fios 1 e 2.

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A alternativa correta é letra A

Para resolver este problema devemos usar a regra da mão direita. Note que os fios estão deformadas em razão da força que age sobre eles. A força que age no fio 1 deve ser interpretada como horizontal e da direita para a esquerda. Enquanto no fio 2 uma força vertical para baixo.

A força é dada pela seguinte expressão nesta situação:

F = B.i.l.senθ
Donde F é a força, B é o campo magnético, i é a corrente, l é o comprimento do fio e θ é o ângulo formado entre a velocidade da carga e o campo.

Mas, para descobrir o sentido da corrente e o campo podemos testar as diferentes configurações de sentido do campo e da corrente com a regra da mão direita e ver qual é a adequada para o problema.

Com o polegar aponte para o sentido da força, o dedo indicador é relacionado com o sentido da corrente, enquanto o dedo do meio está relacionado com o sentido do campo magnético.

Testando a primeira opção já vemos que esta satisfaz as condições dadas, sem entrar em contradição entre o sentido do campo, aliás este deve ser o nosso norte para resolver o problema.

Alternativa A)

13) A força magnética que atua em uma partícula elétrica é expressa pela seguinte fórmula:

A) P₁
B) P₂
C) P₃
D) P₄

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A alternativa correta é letra C

A fórmula necessária para resolver este problema é dada no próprio enunciado. O seno que aparece na fórmula está relacionado com o ângulo feito entre a velocidade da partícula e o campo magnético ao qual ela está sujeita.
O maior valor para o seno é 1, que ocorre para pi/2 (considerando apenas o intervalo [0, 2*pi]), ou 90°. Ou seja, a maior força acontecerá quando a velocidade da partícula for perpendicular (ortogonal) ao campo magnético. Isto ocorre para a partícula 3.
Alternativa C)

14) Espectrometria de massas é uma técnica instrumental que envolve o estudo, na fase gasosa, de moléculas ionizadas, com diversos objetivos, dentre os quais a determinação da massa dessas moléculas. O espectrômetro de massas é o instrumento utilizado na aplicação dessa técnica.

A) $\frac{q . V . B . x}{2} .$
B) $\frac{2 . q . B}{V . x} .$
C) $\frac{q . B}{2 . V . x} .$
D) $\frac{q . x}{2 . B . V} .$
E) $\frac{q . B . x}{2 . V} .$

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A alternativa correta é letra E

Neste exercício, uma molécula de massa (m) descreve uma trajetória circular em um campo magnético uniforme. Deste modo, a força magnética que se equilibrar com a força centrípeta, de modo que:

F m a g = F c

onde a força magnética é:

F m a g = |q| . v . B . \sin (θ)

e a força centrípeta é:

F c = \frac{m . v^{2}}{R}

Deste modo, igualando as duas, temos:

|q| . v . B . s i n (θ) = \frac{m . v^{2}}{R}

Como o vetor campo magnético (B) é perpendicular ao vetor velocidade (v), isto é, faz um ângulo de 90º, e o raio da trajetória é a metade de x, ou seja, o raio é x/2. Deste modo:

|q| . v . B . s i n (90 º) = \frac{m . v^{2}}{x / 2}

|q| . v . B . 1 = \frac{2 . m . v^{2}}{x}

isolando a massa (m), temos que:

m = \frac{|q| . v . B . x}{2 . v^{2}}

simplificando as velocidades (v), temos:

m = \frac{|q| . B . x}{2 . v}

Deste modo, a alternativa correta é a alternativa "e",
"

\frac{q . B . x}{2 . V} .

15) Um condutor retilíneo e de pequeno diâmetro tem 10cm de comprimento. Enquanto é percorrido pela corrente elétrica de intensidade i=10A, encontra-se numa região onde existe um campo de indução magnética de intensidade B = 5 10-1T, conforme a figura.

A) 5.10^-4N, vertical ascendente.
B) 5.10^-4N, vertical descendente.
C) 5.10^-1N, vertical ascendente.
D) 5.10^-1N, vertical descendente.
E) 5.10²N, vertical descendente.

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A alternativa correta é letra D

A força magnética em um condutor retílineo é dada pelo produto do campo magnético B pela corrente i e comprimento l do fio. Portanto :

\begin{array}{l} F_{m a g n é t i c a} = i . l . B . s e n Θ \\ F = 10 . 0, 1 . 5 . 10^{- 1} . 1 \\ F = 5 . 10^{- 1} T \end{array}

Onde θ é o ângulo formado entre B e i (sen90º=1)

Pela regra da mão direita, o sentido da força é vertical e descendente, ou seja, para baixo.

Alternativa correta é a letra D.

16) Assinale a alternativa que expressa uma situação em que NÃO haverá força magnética sobre uma partícula de massa m, carregada com uma carga q, que entra numa região que contém um campo magnético uniforme B, com uma velocidade constante v.

A) O ângulo entre o vetor velocidade v e o campo magnético B é igual a 0.
B) O ângulo entre o vetor velocidade v e o campo magnético B é igual a 90.
C) O ângulo entre o vetor velocidade v e o campo magnético B é igual a 30.
D) O ângulo entre o vetor velocidade v e o campo magnético B é igual a 60.

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A alternativa correta é letra A

A força magnética na partícula de carga q, com velocidade v, submetida ao campo magnético B, é dada por:

F_{m} = q . v . B . s e n θ

Sendo

θ

o ângulo formado entre o vetor velocidade v e o campo magnético B. Para que a força magnética seja nula, o valor do seno deverá ser nulo. Dentre as alternativas, o único valor do ângulo no qual o seno é nulo é o de 0°. Logo, a alternativa correta é a letra A.

17) Uma partícula cuja razão massa/carga é igual a 1,0×10-13Kg /C penetra em um acelerador de partículas, com velocidade igual a 25x106m/s , passando a descrever uma órbita circular de raio igual a 1,0x103m, sob influencia de um campo magnético perpendicular ao plano da órbita. O modulo do campo magnético é igual a:

A) 1,00x10^-25T.
B) 2,50x10^-9T.
C) 6,25x10^-3T.
D) 2,50x10¹³T.
E) 6,25x10¹⁵T.

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A alternativa correta é letra B

A força magnética é dada como o produto entre o campo magnético B, a velocidade da partícula v , a carga q e o ângulo entre a velocidade e o campo sen θ. Portanto :

\begin{array}{l} F_{m a g n é t i c a} = q . v . B . s e n θ \\ B = \frac{F}{q . v . s e n Θ} = \frac{m . a_{c}}{q . v . s e n θ} \end{array}

Perceba que m/q = 10^-13 kg e que a_cé a aceleração centrípeta, calculada como a razão do quadrado da velocidade pelo raio da curva r :

\begin{array}{l} a_{c} = \frac{v ²}{r} = \frac{(25 . 10^{6}) ²}{10^{3}} = \frac{625 . 10^{12}}{10^{3}} \\ = 625 . 10^{9} m / s ² \end{array}

Substituindo esse valor na expressão do campo, obtemos:

\begin{array}{l} B = \frac{10^{- 13} . 625 . 10^{9}}{25 . 10^{6} . 1} = 25 . 10^{- 10} T \\ = 2, 5 . 10^{- 9} T \end{array}

Alternativa correta é a letra B.

18) Uma mistura de substâncias radioativas encontra-se confinada em um recipiente de chumbo, com uma pequena abertura por onde pode sair um feixe paralelo de partículas emitidas. Ao saírem, três tipos de partícula, 1, 2 e 3, adentram uma região de campo magnético uniforme B com velocidades perpendiculares às linhas de campo magnético e descrevem trajetórias conforme ilustradas na figura.

A) As partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 é eletricamente neutra (carga zero).
B) As partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 tem massa zero.
C) As partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas de mesmo sinal e a partícula 3 tem carga e massa zero.
D) As partículas 1 e 2 saíram do recipiente com a mesma velocidade.
E) As partículas 1 e 2 possuem massas iguais, e a partícula 3 não possui massa.

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A alternativa correta é letra A

Para a resolução deste exercício, temos apenas que analisar a seguinte equação:

F = q v B

onde q=carga elementar, v=velocidade da carga, B=campo elétrico.

Neste exercício, o campo magnético é perpendicular a velocidade, logo a direção das partículas depende apenas do valor da carga elementar.

Logo a melhor resposta esta contida na letra A, pois as cargas 1 e 2 têm que possuir cargas diferentes, pois essas tem direções de movimento opostas, já a carga 3 tem que ser neutra, pois só assim uma carga não é defletida, quando essa possuir velocidade em um campo magnético.

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