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
.
Exercícios relacionados
Uma onda eletromagnética plana, cujo comprimento de onda vale 6 mm , se propaga no vácuo, no sentido positivo do eixo x, com seu vetor campo elétrico
, de amplitude
, alinhado com o eixo y. a) Quais são os valores do número de onda k e da frequência angular da onda? b) Determine o vetor campo magnético associado a esta onda, c) Calcule a intensidade da onda, d) Se esta onda incide sobre uma superfície que absorve toda a radiação incidente, cuja área vale
, qual a taxa de transferência de momento para a superfície e qual o valor da pressão de radiação exercida sobre esta mesma superfície?
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Uma partícula no sistema solar está sob a influência conjunta da atração gravitacional do Sol e da força devida à pressão de radiação solar. Supondo que a partícula é uma esfera com densidade de
e que ela absorve toda a radiação incidente a) mostre que todas as partículas com raios menores do que um certo raio crítico Ro serão lançadas para fora do sistema solar.
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e que ela absorve toda a radiação incidente a) mostre que todas as partículas com raios menores do que um certo raio crítico Ro serão lançadas para fora do sistema solar. b) Calcule Ro. (Potsol = 3,9 x 10
,
)