A investigação científica na área de física de partículas elementares ganhou recentemente um poderoso aliado, o Grande Colisor de Hádrons. Nesse laboratório serão realizadas diversas experiências com o objetivo de verificar a existência de novas partículas elementares, além de determinar com maior precisão propriedades físicas importantes de partículas já conhecidas. Uma experiência relativamente simples feita nesse laboratório consiste em utilizar um equipamento chamado de câmara de neblina. Nessa câmara há um vapor supersaturado, e quando partículas passam por ele ocorre a condensação do vapor de água na forma de bolhas, que mostram então as trajetórias descritas pelas partículas. Aplicando-se um campo magnético B no local, é possível determinar grandezas relevantes, como carga ou massa das partículas. Uma dessas experiências é ilustrada na figura ao lado. Uma partícula de carga elétrica Q desconhecida entra numa câmara de neblina com uma velocidade inicial V horizontal e no plano da página. O campo magnético B é uniforme, perpendicular ao plano da página e está entrando nesta. Essa partícula fica sujeita ao campo B e move-se em MRU até um certo instante em que ela sofre um decaimento radioativo, transformando-se em duas partículas, de massas ma e mb, cargas Qa e Qb, que descrevem as trajetórias circulares de raios Ra e Rb mostradas na figura. As duas partículas iniciam o movimento circular com a mesma velocidade V da partícula original e esse decaimento segue a lei de conservação das cargas. a) Determine o sinal da carga Q da partícula que entrou no campo magnético, justificando a resposta. b) Determine os sinais das cargas das partículas que descrevem as trajetórias circulares de raios Ra e Rb, e a relação entre as cargas Qa e Qb, justificando as respostas.
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Soluções para a tarefa
Utilizando definição de força magnetica, temos que:
a) Nula.
b) Qa positivo, Qb negativo.
Explicação:
a) Determine o sinal da carga Q da partícula que entrou no campo magnético, justificando a resposta.
O enunciado nos diz que a particula Q entra neste campo e percorre um movimento em MRU, ou seja, com velocidade constante.
Sabemos que particulas com carga dentro de um campo magnetico, sofre ação de força magnetica e que força cria aceleração.
Neste caso como não temos aceleração, então não temos força, e se o campo magnetico não tem força sobre Q, isto significa que esta tem carga nula.
b) Determine os sinais das cargas das partículas que descrevem as trajetórias circulares de raios Ra e Rb, e a relação entre as cargas Qa e Qb, justificando as respostas.
Sabemos que para encontrarmos a força que um campo magnetico cria em uma carga, é necessario usarmos a regra da mão direita, onde o dedão é a força resultante, o dedo indicador é a velocidade e o dedo do meio é o campo magnetico.
Colocando os dedos nestas posições vemos que a direção da força é para cima, ou seja, se esta carga for positiva, então ela vai desviar para cima e fazer um circunferência, como é o caso de Ma.
Como Mb fez o caminho contrário isto significa que esta tem carga negativa, assim tendo força invertida.
Então temos que Qa é positivo e Qb é negativo.