Forza di Lorentz: carica in moto in un campo magnetico
1 · Prevedi
Una particella carica attraversa un campo magnetico uniforme. La forza su di essa dipende dalla velocità o solo dal campo?
- Solo dal campo, non dalla velocità.
- Né l'una né l'altro in modo semplice.
- Da entrambi: particelle più veloci sentono più forza.
2 · Configurazione
- Apri il preset qv-cross-b e premi Reset. La regione del campo ha Bz = 0.12 T fisso; la carica di prova è q = 3×10⁻¹⁰ C.
- Attiva la lettura del modulo della forza sulla carica di prova.
- Imposta le componenti della velocità per ogni prova e registra la forza.
3 · Raccogli dati
| Componente v_x (m/s) | Componente v_y (m/s) | Modulo forza F (µN) |
|---|---|---|
| 200000.00 | 150000.00 | |
| 100000.00 | 200000.00 | |
| 300000.00 | 0.00 |
Rappresenta la magnitudine della forza F (asse y) contro la velocità |v| = √(v_x² + v_y²) (asse x) per le tue tre prove.
4 · Analizza
- Per una prova, calcola |F| = |q|·|B|·|v| usando q = 3×10⁻¹⁰ C; B = 0.12 T; |v| = √(v_x² + v_y²). Confronta con la tabella.
- Spiega perché il modulo dipende dalla velocità totale |v| ma non dalla sua direzione — benché la direzione della forza dipenda dal verso del moto.
5 · Estendi
- La forza magnetica è sempre perpendicolare alla velocità (F = qv×B), quindi può cambiare la direzione di una particella ma mai la sua velocità. Spiega perché un campo magnetico da solo non può mai accelerare o rallentare una particella carica, solo sterzarla.
- Una particella carica in movimento perpendicolare a un campo magnetico uniforme viaggia in cerchio, perché la forza magnetica punta sempre verso il centro del cerchio. Spiega, usando F = qvB, perché una particella più veloce nello stesso campo traccia un cerchio più grande.
La fisica dietro questo esperimento
Forza di Lorentz (magnetica)
Una carica q che si muove con velocità v attraverso un campo magnetico B subisce una forza F = qv×B, perpendicolare sia alla velocità sia al campo. La sua magnitudine è |F| = |q||v||B| quando v è perpendicolare a B.