Duas esferas carregadas com cargas iguais em módulo e sinais contrários estão ligadas por uma haste rígida isolante na forma de haltere. O sistema se movimenta sob ação da gravidade numa região que tem um campo magnético horizontal uniforme (B) , da esquerda para a direita. A imagem apresenta o sistema visto de cima para baixo, no mesmo sentido da aceleração da gravidade (g) que atua na região.
Visto de cima, o diagrama esquemático das forças magnéticas que atuam no sistema, no momento inicial em que as cargas penetram na região de campo magnético, está representado em
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução:
- Física (Eletromagnetismo e Força Magnética).
Nível da Questão: Médio.
Gabarito: A.
1º Passo: Análise do Comando e Definição do Objetivo
- Comando da Questão:
Identificar o diagrama correto das forças magnéticas que atuam sobre o sistema constituído por duas cargas de sinais opostos ligadas por uma haste isolante em um campo magnético uniforme. - Palavras-chave:
- “Força magnética”;
- “Regra da mão direita”;
- “Cargas opostas”;
- “Campo magnético uniforme”.
- Objetivo:
Determinar a direção das forças magnéticas atuantes sobre as cargas positiva e negativa quando o sistema penetra no campo magnético. - Dica Geral:
⚠️ Lembre-se da regra da mão direita para calcular a direção da força magnética em situações que envolvem partículas carregadas em movimento. O campo magnético (B), a velocidade da partícula (v), e a força (Fb) devem ser analisados em conjunto.
2º Passo: Tradução e Interpretação do Texto
O problema apresenta um sistema formado por duas cargas de sinais opostos conectadas por uma haste isolante rígida. Quando o sistema entra na região do campo magnético, a velocidade do movimento está orientada no mesmo sentido da aceleração da gravidade (g), ou seja, do plano do papel para dentro.
Pelo enunciado, sabemos:
- O campo magnético (B) está direcionado da esquerda para a direita;
- As cargas têm sinais opostos (uma positiva e uma negativa), o que resulta em forças magnéticas atuando em sentidos opostos devido às interações com o campo magnético.
Conclusão parcial:
A análise requer o uso da regra da mão direita para determinar as direções corretas das forças magnéticas atuantes em cada carga.
3º Passo: Explicação de Conceitos Necessários
- Força Magnética:
É a força resultante da interação entre uma partícula carregada em movimento e um campo magnético. Sua intensidade é calculada pela fórmula:
onde θ é o ângulo entre a velocidade da partícula e o campo magnético. - Regra da Mão Direita:
Essa regra estabelece a orientação da força magnética (Fb⃗) para partículas positivas. O polegar aponta na direção da velocidade (v⃗), os dedos na direção do campo magnético (B⃗), e a palma indica o sentido da força (Fb⃗). - Cargas Opostas no Campo Magnético:
Cargas positivas e negativas respondem de maneira oposta ao campo magnético:- Carga positiva: Força magnética segue a direção da palma da mão.
- Carga negativa: Força magnética segue o sentido contrário à palma da mão.
4º Passo: Análise das Alternativas
- Alternativa A:
A carga positiva sofre força magnética direcionada para baixo e a carga negativa sofre força magnética direcionada para cima. Isso está de acordo com a regra da mão direita aplicada ao movimento do sistema.
Conclusão: Alternativa correta. - Alternativa B:
Indica que ambas as forças estão direcionadas para baixo, o que está incorreto. Cargas opostas têm forças magnéticas atuando em sentidos opostos no mesmo campo magnético.
Conclusão: Alternativa incorreta. - Alternativa C:
Representa as forças magnéticas apontando horizontalmente (uma contra a outra), o que não faz sentido físico, dado o movimento e o campo magnético descritos.
Conclusão: Alternativa incorreta. - Alternativa D:
Apresenta ambas as forças magnéticas direcionadas para cima, o que é incorreto pelo mesmo raciocínio da alternativa B.
Conclusão: Alternativa incorreta. - Alternativa E:
Sugere que ambas as forças estão direcionadas para cima e para baixo simultaneamente, o que contradiz a física do sistema.
Conclusão: Alternativa incorreta.
Dica Geral:
⚠️ Em questões envolvendo força magnética, lembre-se de que cargas opostas respondem em sentidos opostos ao mesmo campo magnético.
5º Passo: Conclusão e Justificativa Final
- Conclusão:
A alternativa correta é a A, pois representa corretamente as forças magnéticas atuantes sobre as cargas positiva e negativa em sentidos opostos, conforme a aplicação da regra da mão direita. - Resumo Final:
No sistema apresentado, a interação entre as cargas opostas em movimento e o campo magnético resulta em forças magnéticas com sentidos opostos. A regra da mão direita permite identificar que a carga positiva sofre força para baixo e a carga negativa sofre força para cima, o que confirma a alternativa correta.
