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Física - Campo Elétrico - Força Elétrica - Capacitor de Placas Paralelas

02/08/2010 - Mayara disse... 
 
A figura representa duas placas metálicas paralelas de largura 
entre as quais é criado um campo elétrico uniforme, vertical, perpendicular às placas, dirigido para baixo e de módulo
Um elétron incide no ponto O, com velocidade horizontal
percorrendo a região entre as placas. Após emergir desta região, o elétron atingirá uma tela vertical situada à distância de 0,40 m das placas.
 
Dados:
 
Considerando desprezíveis o campo elétrico na região externa às placas e a ação gravitacional, calcule:
 
a) o módulo da força elétrica que atua no elétron entre as placas, representando, na figura a seguir, sua direção e sentido;
b) o tempo que o elétron leva para emergir da região entre as placas;
c) o deslocamento vertical que o elétron sofre ao percorrer sua trajetória na região entre as placas;
d) as componentes horizontal e vertical da velocidade do elétron, no instante em que ele emerge da região entre as placas;
e) o deslocamento vertical que o elétron sofre no seu percurso desde o ponto O até atingir a tela.
 
03/08/2010 - D.A. RESOLVE

Mayara, boa noite. Sou Reginaldo, Professor de Física e Matemática do D.A., vou ajudá-la em sua dúvida que trata do estudo de um elétron passando pelo campo elétrico de um capacitor de placas paralelas.

a) Ao estudar a força elétrica originária de um campo elétrico, vê-se que o mesmo é muito parecido com o campo gravitacional. O campo elétrico é o resultado da razão entre a força elétrica e a carga elétrica sujeita a esse campo. Sabe-se que o campo gravitacional é o resultado da razão entre a força gravitacional (peso) e a massa sujeita a esse campo. Tem-se:


Desta forma, calcula-se o módulo da força elétrica que atua em um elétron sujeito ao campo elétrico das placas do capacitor. Vê-se:

 
O módulo da força elétrica que atua no elétron quando o mesmo passa pelo campo elétrico do capacitor é o valor calculado acima.
Sabe-se que o sentido do campo elétrico e da força elétrica é o mesmo se a carga de prova for positiva (próton) e é contrário para uma carga de prova negativa (elétron). Já a direção do campo elétrico e da força elétrica é sempre a mesma. Tem-se:
 

A força elétrica tem a mesma direção do campo elétrico vertical e o sentido desta força elétrica é contrário ao do campo elétrico, então, o sentido da força elétrica e de baixo para cima, conforme figura acima.
 
b) O elétron passa entre as placas do capacitor e a força elétrica age, somente, na direção vertical. Na direção horizontal o elétron permanece em movimento uniforme com velocidade constante. No M.U. a velocidade instantânea é igual a velocidade média, então:
 

c) Quando está passando pelas placas o elétron fica em presença da força elétrica todo o tempo que demora para atravessa-las. Esta força imprime uma aceleração vertical para cima ao elétron (cansidera-se a força gravitacional despresível). No início deste movimento vertical uniformemente variado a velocidade vertical inicial é 0 m/s, então:
 


Sabe-se, desta forma, o deslocamento vertical do elétron.
 
d) Na horizontal o elétron descreve um movimento uniforme com velocidade constante, então, ao emergir das placas terá a mesma velocidade com que entrou entre elas. Na vertical o elétron descreve um movimento uniformemente variado e a velocidade varia conforme a força elétrica aplicada sobre ele. Tem-se:
 

e) Calcula-se o tempo que o elétron leva para ir do fim das placas até a tela. A velocidade na horizontal é constante, então, o movimento é uniforme. Tem-se:
 

Quando o elétron abandona as placas não existem mais força elétrica atuando sobre ele e a velocidade vertical do mesmo deixa de ser acelerada e mantem-se com o mesmo valor da velocidade no final das placas. Como a ação da gravidade é despresível o movimento vertical depois das placas é uniforme, então:


Mayara, espero tê-la ajudado em sua dúvida. Qualquer dificuldade no entendimento dos conceitos, mande-nos em forma de outra dúvida.
VEJA TAMBÉM:
 
Física - Movimento Uniforme - Movimento Uniformemente Variado 
Física - Interação Elétrica - Cargas elétricas e seus Sinais 

5 comentários:

  1. A figura representa duas placas metálicas paralelas de largura L = 1,0 x 10–2 m, entre as quais é criado um campo elétrico uniforme, vertical, perpendicular às placas, dirigido para baixo e de módulo E = 1,0 x 104 .
    Um elétron incide no ponto O, com velocidade horizontal v = 1,0 x 107 m/s , percorrendo a região entre as placas. Após emergir desta região, o elétron atingirá uma tela vertical situada à distância de 0,40 m das placas.

    Dados:
    massa do elétron = 9,1 x 10–31 kg
    carga do elétron = 1,6 x 10–19 C

    A figura está neste link (2ª questão) : http://www.nordesttino.com/word/exercicios_fisicaII.htm




    Considerando desprezíveis o campo elétrico na região externa às placas e a ação gravitacional, calcule:

    a) o módulo da força elétrica que atua no elétron entre as placas, representando, na figura a seguir, sua direção e sentido;








    b) o tempo que o elétron leva para emergir da região entre as placas;

    c) o deslocamento vertical que o elétron sofre ao percorrer sua trajetória na região entre as placas;

    d) as componentes horizontal e vertical da velocidade do elétron, no instante em que ele emerge da região entre as placas;

    e) o deslocamento vertical que o elétron sofre no seu percurso desde o ponto O até atingir a tela.

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  2. cezareletric@hotmail.com7 de outubro de 2010 20:24

    olá preciso de ajuda em fisica,sou estudante de automação industrial e sou eletricista de manutenção industrial.eu ñ consigo colocar as formulas em pratica ex:uma bola é jogada p/cima c/uma veloc.inic. de 15,0m/s.(a)qto tempo levap/a bola alcançar sua altura max.(b)qual é a alt. max.
    (c)qual a veloc. e aceleração da bola em t=2,00s
    se puderem me ajudar fico grato , obrigado.

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  3. cezareletric@hotmail.com8 de outubro de 2010 10:42

    ola bom dia,ja me cadastrei nos amigos do conhecimento,gostaria de explicações simples e objetiva do meu comentario, são muitas as duvidas de como resolver esse exercicio. desde ja obrigado.

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  4. cezareletric@hotmail.com8 de outubro de 2010 11:22

    ola desculpem a minha falha.
    nome;escola e faculdade de tecnologias fortec
    cidade;são vicente
    estado; são paulo
    valeu.

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  5. cezareletric@hotmail.com14 de outubro de 2010 13:00

    OLÁ PROF. REIGINALDO BOM DIA,
    se eu sei que no instante t=2s,a velocidade é de
    (-5m/s)no mov. retróg. e acelerado. A aceleração
    é de (-10m/s quadrado);então qual foi a formula usada p/ achar a aceleração?
    muito obrigado pelas explicações me ajudou muito a resolver outros exercicios.valeu

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