برای حل این مسئله از فیزیک یازدهم تجربی، به قوانین نیروی مغناطیسی و حرکت ذره باردار در میدان مغناطیسی نیاز داریم. فرمول اصلی مورد استفاده برای محاسبه نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار به صورت زیر است:
\[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin(\theta) \]
که در آن:
- \( F \) نیروی وارد بر ذره است.
- \( q \) بار الکتریکی ذره است.
- \( v \) سرعت ذره است.
- \( B \) شدت میدان مغناطیسی است.
- \( \theta \) زاویه بین سرعت ذره و میدان مغناطیسی است.
به دلیل اینکه ذره با زاویه \( 90 \) درجه (قائم بر میدان) وارد میدان میشود، \( \sin(90^\circ) = 1 \) است. بنابراین فرمول به صورت سادهتر زیر خواهد بود:
\[ F = q \cdot v \cdot B \]
مطابق سوال:
- \( F = 4 \, N \)
- \( v = 4 \times 10^6 \, \text{m/s} \)
- \( B = 0.5 \, T \)
بار الکتریکی (\( q \)) را میتوان از طریق فرمول بالا محاسبه کرد:
\[ q = \frac{F}{v \cdot B} = \frac{4}{(4 \times 10^6) \times 0.5} = 2 \times 10^{-6} \, C \]
الف) اندازه بار الکتریکی ذره \( 2 \times 10^{-6} \, C \) است.
ب) با توجه به اینکه نیروی مغناطیسی سبب ایجاد مسیری دایرهای میشود و با توجه به جهت عبور ذره، از قانون دست راست میتوان متوجه شد که ذره دارای بار مثبت است.
بنابراین، نوع بار ذره مثبت است.