Um elétron é acelerado para leste dentro de um laboratório a
por um campo elétrico. Determine a intensidade, a direção e o sentido deste campo elétrico dentro do laboratório.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem um elétron sendo acelerado para leste com uma aceleração de
dentro de um laboratório por um campo elétrico. Nosso objetivo aqui é descobrir qual é a intensidade desse campo elétrico, além de sua direção e sentido. Para isso, vamos usar conceitos de força elétrica e a segunda lei de Newton.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar a segunda lei de Newton, que diz que a força resultante que atua em um objeto é igual ao produto da sua massa pela sua aceleração:
Aqui,
é a força,
é a massa do elétron e
é a aceleração que ele está sofrendo.
Passo 3
Agora, sabemos que a força que está acelerando o elétron é causada por um campo elétrico. A força elétrica sobre uma carga é dada por:
Onde:
-
é a carga elétrica do elétron -
é a intensidade do campo elétrico
Nosso objetivo é encontrar
, então vamos rearranjar a equação para resolver para
:
Passo 4
Vamos calcular a força
usando a segunda lei de Newton. A massa do elétron (
) é aproximadamente
e a aceleração (
) dada é
. Então:
Passo 5
Sabemos que a carga do elétron (
) é negativa e vale aproximadamente
. Usando a fórmula para
:
O sinal negativo indica que a direção do campo elétrico é oposta à força aplicada.
Passo 6
Como o elétron está acelerando para leste e a força elétrica atua nessa direção, o campo elétrico deve estar apontando para oeste (pois a carga do elétron é negativa). Portanto, a intensidade do campo elétrico é de aproximadamente
, direcionado para oeste.
Resposta
O campo elétrico tem intensidade de aproximadamente
, com direção para oeste e sentido oposto ao sentido da aceleração do elétron.