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 3 mm^2 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 ( I = PA ) de uma onda é a potência ( A = 3 , mm^2 = 3 times 10^-6 , m^2 ) dividida pela área ( I = 10 times 10^6 , W3 times 10^-6 , m^2 = 10^7 , W3 times 10^-6 , m^2 approx 3.33 times 10^12 , W/m^2 ) 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 ( Prad = 2Ic ). Quando o coeficiente de reflexão ( Prad = 2 times 3.33 times 10^12 , W/m^23 times 10^8 , m/s = 6.66 times 10^123 times 10^8 , Pa approx 2.22 times 10^4 , Pa ) 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 .

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