Um elétron é liberado a partir do repouso num campo elétrico uniforme de módulo
. Calcule a aceleração do elétron. (Ignore a gravidade.)
.
Passo 1
O enunciado pede para calcular a aceleração de um elétron liberado a partir do repouso em um campo elétrico uniforme. Informações fornecidas:
- Módulo do campo elétrico:
. - Massa do elétron:
. - Carga do elétron:
, com (valor absoluto da carga elementar).
A pergunta é: qual é a aceleração do elétron? (Ignorar a gravidade.)
Passo 2
Princípio físico usado (explicado devagar):
- A força elétrica que age sobre uma partícula carregada num campo elétrico uniforme é dada por
onde
é a carga da partícula e
é o campo elétrico (vetor). Aqui
porque é um elétron.
- A segunda lei de Newton relaciona força e aceleração:
onde
é a massa da partícula e
sua aceleração.
- Combinando as duas equações obtemos a aceleração:
Isto significa que a aceleração tem a mesma direção do campo se
, e direção oposta se
. No nosso caso,
é negativo, então a aceleração será oposta ao campo elétrico.
Passo 3
Vamos calcular primeiro o módulo da força elétrica (usar valor absoluto da carga para o módulo):
Substituindo números:
Passo 4
Agora o módulo da aceleração vem de
:
Fazendo a divisão em duas partes (mantissas e expoentes):
Portanto
Arredondando para três algarismos significativos (compatível com os dados):
Passo 5
Direção da aceleração: como
é negativa, a aceleração é oposta ao vetor campo elétrico
. Em forma vetorial:
onde
é o versor na direção de
.