Lasers de alta potência são usados para comprimir plasmas (gases ionizados) através da pressão de radiação. Se a densidade de elétrons de um plasma for suficientemente alta, seu coeficiente de reflexão será igual à unidade. Um laser que gera pulsos de radiação cuja potência de pico é 10 MW é focalizado sobre uma região de área de
em um plasma de alta densidade eletrônica. Calcule a pressão exercida sobre o plasma.
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que o exercício está nos pedindo. Temos um laser com potência de pico de 10 MW sendo focalizado em uma área de
em um plasma de alta densidade eletrônica. Queremos calcular a pressão que essa radiação exerce sobre o plasma.
Para resolver isso, vamos precisar entender o conceito de pressão de radiação e como ela se relaciona com a intensidade do laser e a constante da velocidade da luz. Vamos por partes!
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a intensidade (
) de uma onda é a potência (
) dividida pela área (
) sobre a qual essa potência está distribuída. A fórmula é:
Neste caso, a potência de pico do laser é
e a área é
. Mas precisamos converter essa área para metros quadrados para manter as unidades consistentes no Sistema Internacional:
Agora, calculamos a intensidade:
Passo 3
Agora que temos a intensidade da radiação, podemos calcular a pressão exercida pela radiação (
). Quando o coeficiente de reflexão (
) é igual a 1, a pressão de radiação é dada por:
Onde:
-
é a intensidade da radiação, -
é a velocidade da luz no vácuo, aproximadamente .
Substituindo os valores que temos:
Resposta
A pressão exercida sobre o plasma é aproximadamente
.