FICHA D3-P04

Los protones que no se desvían

Descargar ficha (PDF)
TipoSecundaria Dificultad Puntos8 pts Tiempo máx.15 min Media9 min Origen preguntaRedactado Verificación soluciónPropia sin verificar Completado con IA
Prerrequisitos
  • Una carga q en un campo eléctrico E sufre una fuerza F = qE (en el sentido de E si q es positiva)
  • Una carga en movimiento en un campo magnético sufre F = qvB sen θ, perpendicular a v y a B (regla de la mano derecha)
  • Si la fuerza resultante sobre una carga es nula, su velocidad no cambia: se mueve en línea recta con rapidez constante

Un haz de protones entra con una rapidez v en una región donde hay un campo eléctrico uniforme E y un campo magnético uniforme B, perpendiculares entre sí y a la velocidad de los protones (ver diagrama). Con estos valores de E y B, los protones atraviesan la región en línea recta, sin desviarse. E = 2,0 × 10⁴ V m⁻¹ B = 0,040 T masa del protón = 1,67 × 10⁻²⁷ kg carga del protón = 1,60 × 10⁻¹⁹ C

a Explica, en términos de fuerzas, por qué los protones no se desvían. [2]
b Deduce una expresión para la rapidez v de los protones que atraviesan la región sin desviarse, y calcula su valor. [2]
c Un protón con el doble de esa rapidez entra en la misma región. Indica si se desvía hacia arriba o hacia abajo en el diagrama, y justifícalo. [2]
d Se desconecta el campo eléctrico, quedando solo el magnético. Calcula el radio de la trayectoria de un protón con la rapidez del apartado b). [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Campos eléctrico y magnético perpendiculares: la fuerza total es F = qE + qv × B; se anulan cuando qE = qvB, es decir, v = E/B (selector de velocidades).
  • La condición v = E/B no depende de la carga ni de la masa de la partícula.
  • Solo con campo magnético, la trayectoria es circular de radio r = mv/(qB).
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic D.3 Motion in electromagnetic fields, campos eléctrico y magnético perpendiculares.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema D.3 (F = qvB sen θ) y Tema D.2 (F = qE).
Vídeo — ↗ — «»
Apartado a) — Sobre cada protón actúan una fuerza eléctrica qE (hacia arriba) y una fuerza magnética qvB (hacia abajo). Tienen la misma magnitud y sentidos opuestos, así que la fuerza neta es cero y el protón sigue en línea recta con velocidad constante.
Apartado b) — qE = qvB → v = E/B = 2,0 × 10⁴ / 0,040 = 5,0 × 10⁵ m s⁻¹.
Apartado c) — Con el doble de rapidez, F_m = qvB se duplica mientras F_e = qE no cambia: domina la fuerza magnética, dirigida hacia abajo. El protón se desvía hacia abajo.
Apartado d) — qvB = mv²/r → r = mv/(qB) = (1,67 × 10⁻²⁷ × 5,0 × 10⁵)/(1,60 × 10⁻¹⁹ × 0,040) ≈ 0,13 m.