Exercícios sobre Campo Magnético e Forças Magnéticas na Física Teórica III

UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Campus JuazeiroBA Curso Engenharia de Produção Disciplina Física Teórica III Conteúdo Campo magnético e forças magnéticas Professora Luciana de Matos LISTA DE EXERCÍCIOS 1 Um feixe de prótons 𝑞 16 1019𝐶 se move a 35 105 𝑚𝑠 em um campo magnético uniforme com módulo igual a 20 𝑇 orientado ao longo do eixo positivo 𝑂𝑧 como mostra a figura abaixo A velocidade de cada próton está contida no plano 𝑥𝑧 formando um ângulo de 30 com o eixo 𝑂𝑧 Determine a força que atua sobre o próton Resposta 48 1014𝑁 𝑗Ƹ 2 Em uma situação semelhante à indicada na figura abaixo suponha que a partícula carregada seja um próton 𝑞 16 1019𝐶 𝑚 167 1027𝐾𝑔 e que o campo magnético uniforme seja paralelo ao eixo 𝑂𝑥 e possua módulo igual a 0500 𝑇 Só existe a força magnética atuando sobre o próton No instante 𝑡 0 o próton possui componentes da velocidade dados por 𝑣𝑥 150 105 𝑚𝑠 𝑣𝑦 0 e 𝑣𝑧 20 105 𝑚𝑠 a Para 𝑡 0 calcule a força que atua sobre o próton e sua aceleração b Determine o raio da trajetória helicoidal a velocidade angular do próton e o passo da hélice a distância percorrida ao longo do eixo da hélice durante uma revolução Resposta a 160 1014𝑁 𝑗Ƹ 958 1012𝑚𝑠2𝑗Ƹ b 418 mm 479 107 rads 197 mm 3 Uma barra de cobre retilínea conduz uma corrente de 500 𝐴 de oeste para leste em uma região em uma região entre os pólos de um grande eletroímã Nessa região existe um campo magnético no plano horizontal orientado para o nordeste ou seja considerando uma rotação de 45 do leste para o norte com módulo igual a 120 𝑇 a Determine o módulo a direção e o sentido da força magnética que atua sobre uma seção de 10 𝑚 da barra b Mantendose a barra no plano horizontal como ela deve ser orientada para que o módulo da força seja máximo Qual é o módulo da força nesse caso Resposta a 424 𝑁 b 60 N UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Campus JuazeiroBA Curso Engenharia de Produção 4 Uma partícula de massa igual a 181 103 𝐾𝑔 e carga 122 108 𝐶 em um dado instante possui uma velocidade 𝑣 30 104 𝑚 𝑠 𝑗Ƹ Qual o módulo direção e o sentido da aceleração da partícula produzida por um campo magnético uniforme 𝐵 163𝑇𝑖Ƹ 098𝑇𝑗Ƹ Resposta 033 𝑚𝑠2𝑘 5 Um elétron com velocidade 𝑣 20 106 𝑚 𝑠 𝑖Ƹ 30 106 𝑚 𝑠 𝑗Ƹ está se movendo em uma região onde existe um campo magnético uniforme 𝐵 0030 𝑇𝑖Ƹ 015 𝑇𝑗Ƹ a Determine a força que age sobre o elétron Respostas a 62 1014𝑁𝑘 6 Um elétron se move em uma região onde existe um campo magnético uniforme dado por 𝐵 𝐵𝑥𝑖Ƹ 30𝐵𝑦𝑗Ƹ Em certo instante o elétron tem uma velocidade 𝑣 20𝑖Ƹ 40𝑗Ƹ 𝑚𝑠 e a força magnética que age sobre a partícula é 64 1019𝑁𝑘 Determine 𝐵𝑥 Resposta 2𝑇 7 Uma área circular com raio igual a 650 𝑐𝑚 está sobre o plano 𝑥𝑦 Qual é o módulo do fluxo magnético uniforme 𝐵 0230 𝑇 a no sentido 𝑧 b Formando um ângulo de 531 com rotação a partir do sentido 𝑧 No sentido 𝑦 Respostas a 305 103𝑊𝑏 b 183 103 𝑊𝑏 c 0 8 Uma partícula alfa um núcleo He contendo dois prótons e dois nêutrons e possuindo massa igual a 664 1027𝐾𝑔 se move horizontalmente a 356 𝑘𝑚𝑠 quando penetra um campo magnético vertical uniforme de 110 𝑇 a Qual é o diâmetro da trajetória percorrida por essa partícula alfa b Qual é o efeito do campo magnético sobre a velocidade c Quais são o módulo a direção e o sentido da aceleração da partícula alfa enquanto ela está no campo magnético d Explique porque a velocidade da partícula não se altera mesmo que a uma força externa não equilibrada atue sobre ela Resposta a 𝑅 135 𝑚𝑚 𝑑 27 𝑚𝑚 c188 1012𝑚𝑠2 9 Uma partícula com velocidade inicial 𝑣𝑜 585 103 𝑚𝑠 𝑗Ƹ entra em uma região com campos elétrico e magnético uniformes O campo magnético na região é 𝐵 135 𝑇𝑘 Calcule o módulo a direção e o sentido do campo elétrico na região considerando que não haja desvio para uma partícula de carga a 0640 𝑛𝐶 e b 0320 𝑛𝐶 Despreze o peso da partícula Resposta a 7898 𝑁𝐶 𝑖Ƹ b 𝑗Ƹ 10 Um eletroímã produz um campo magnético igual a 0550 𝑇 em uma região cilíndrica entre seus pólos com raio igual a 250 𝑐𝑚 Um fio retilíneo passa no centro dessa região conduzindo uma corrente igual a 108 𝐴 e possui uma direção perpendicular ao eixo do cilindro e ao campo magnético Qual é o módulo da força que atua sobre o fio Respostas 0297 𝑁 11 Um fio de 180 𝑚 de comprimento é percorrido por uma corrente de 130 𝐴 e faz um ângulo de 350 com um campo magnético uniforme de módulo 𝐵 150 𝑇 Calcule a força magnética exercida pelo campo sobre o fio Respostas 201 N 12 Um fio de 500 𝑐𝑚 de comprimento é percorrido por uma corrente de 0500 𝐴 no sentido positivo do eixo 𝑥 na presença de um campo magnético 𝐵 300 𝑚𝑇𝑗Ƹ 100 𝑚𝑇𝑘 Em termos dos vetores UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Campus JuazeiroBA Curso Engenharia de Produção unitários qual é a força que o campo magnético exerce sobre o fio Respostas 25 103𝑗Ƹ 075 103𝑘𝑁 IMPORTANTE As questões das Listas de Exercícios foram retiradas das referências bibliográficas abaixo As listas não substituem os livrostexto ALONSO M FINN E Física Um curso universitário Campos e ondas São Paulo Edgard Blücher 2004 HALLIDAY D RESNICK R WALKER J Fundamentos de Física Eletromagnetismo 8 ed Rio de Janeiro LTC 2009 JEWETT J R J W SERWAY R A Física para cientistas e engenheiros Eletricidade e magnetismo São Paulo Cengage Learning 2011 JEWETT J R J W SERWAY R A Princípios de Física Eletromagnetismo São Paulo Cengage Learning 2008 TIPLER P A Física para Cientistas e Engenheiros Vol 3 Rio de Janeiro LTC 2008 YOUNG H D FREEDMAN R A Física III Eletromagnetismo 12 ed São Paulo Addison Wesley 2009