Classe quarta, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Legare angolo e segno della carica al modulo e al verso.
Prima di iniziare
- Vettori
- Carica elettrica
L'idea centrale
Una carica elettrica mobile in un campo magnetico subisce la forza di Lorentz magnetica F=q(v×B). Il modulo è |F|=|q|vB sinθ, dove θ è l'angolo fra velocità e campo: vale zero se la carica è ferma o si muove parallela al campo e raggiunge il massimo se il moto è perpendicolare. La direzione della forza è perpendicolare sia a v sia a B. Per q positiva si usa la regola della mano destra per v×B; per q negativa si inverte il verso. La figura ha il campo entrante nella pagina, indicato dalle croci, e velocità iniziale verso destra: una carica positiva devia verso l'alto, una negativa verso il basso. Queste traiettorie non danno il valore numerico del campo. Poiché F è perpendicolare alla velocità istantanea, il lavoro magnetico istantaneo è nullo: la sola forza magnetica può cambiare la direzione della velocità ma non direttamente la sua rapidità o l'energia cinetica. Se agisce anche un campo elettrico, questo ragionamento sul lavoro totale non basta; qui si isola la componente magnetica. L'unità di B è il tesla e quella della forza è il newton.
- Criterio
- Individua verso di v e B, misura l'angolo, calcola il modulo e solo dopo assegna il verso tenendo conto del segno di q.
Come procedere
- Identifica q con segno, v, B e l'angolo θ; separa il modulo dal verso.
- Calcola |F|=|q|vB sinθ in unità SI e verifica i casi v=0 o θ=0.
- Usa v×B per una carica positiva e inverte il verso se q è negativa; controlla che F sia perpendicolare a v.
Esempio svolto
Una carica +2 μC si muove verso destra a 3·10⁴ m/s in un campo di 0,5 T entrante nella pagina, perpendicolare a v. Trova modulo e verso della forza magnetica.
- Converto q=2·10⁻⁶ C e riconosco θ=90°, quindi sinθ=1.
- Calcolo |F|=2·10⁻⁶·3·10⁴·0,5=0,03 N.
- Per carica positiva, destra × dentro la pagina punta verso l'alto; la forza è ortogonale alla velocità.
0,03 N verso l'alto.
Errore da evitare
Usare F=|q|vB indipendentemente dall'angolo o attribuire alla forza magnetica un aumento di energia cinetica.
Controllo e limiti
- Il disegno tratta solo la componente magnetica, senza campi elettrici.
- La ripartizione tra terza e quarta è una scelta editoriale.
Prova subito
Una carica ferma in campo magnetico uniforme subisce qv×B?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No, la forza magnetica è zero.
Con v=0 il prodotto vettoriale si annulla.
Risposta: No, la forza magnetica è zero.
Con v=0 il prodotto vettoriale si annulla.
v parallela a B: quale modulo ha la forza magnetica?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Zero.
sin0=0 nella formula del modulo.
Risposta: Zero.
sin0=0 nella formula del modulo.
La forza magnetica ideale cambia direttamente la rapidità della carica?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No.
Essendo perpendicolare a v, compie lavoro istantaneo nullo.
Risposta: No.
Essendo perpendicolare a v, compie lavoro istantaneo nullo.
Una carica +1 μC si muove perpendicolarmente al campo con v=2000 m/s e B=0,5 T. Trova il modulo della forza.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 0,001 N.
Converto 1 μC=10⁻⁶ C e sin90°=1: |F|=10⁻⁶·2000·0,5=0,001 N.
Risposta: 0,001 N.
Converto 1 μC=10⁻⁶ C e sin90°=1: |F|=10⁻⁶·2000·0,5=0,001 N.
Una carica di modulo 2 μC si muove a 1000 m/s in B=0,2 T con angolo di 30°. Qual è il modulo della forza magnetica?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 0,0002 N.
Il modulo usa |q| e sin30°=1/2: |F|=2·10⁻⁶·1000·0,2·0,5=2·10⁻⁴ N.
Risposta: 0,0002 N.
Il modulo usa |q| e sin30°=1/2: |F|=2·10⁻⁶·1000·0,2·0,5=2·10⁻⁴ N.
Allineamento curricolare e fonti
- FISICA · DM 211/2010, Allegato F, Liceo scientifico ordinario, parte 1 · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · obiettivi delle discipline
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Esercitarsi su questo: Campo magnetico e forza su una carica in moto