No modelo de Bohr do átomo de hidrogênio, um elétron gira ao redor de um próton em uma órbita circular com raio de
com uma velocidade de
. (a) Qual é a aceleração do elétron neste modelo do átomo de hidrogênio? (b) Qual é a magnitude e a direção da força resultante que atua sobre o elétron?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o modelo de Bohr do átomo de hidrogênio juntos! A questão pede para a gente encontrar a aceleração do elétron e a força resultante que atua sobre ele, dado o raio da órbita e a velocidade do elétron. Para isso, vamos usar conceitos de movimento circular e leis de Newton.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a aceleração do elétron. Como o elétron está se movendo em uma órbita circular, a aceleração que ele sofre é a aceleração centrípeta, que sempre aponta para o centro da trajetória. A fórmula para a aceleração centrípeta é:
Onde:
-
é a velocidade do elétron -
é o raio da órbita
Passo 3
Vamos substituir os valores que nos foram dados:
- Velocidade,
- Raio,
Calculando
:
Agora, dividimos por
:
Passo 4
Agora que temos a aceleração, vamos encontrar a força resultante que atua sobre o elétron. Segundo a segunda lei de Newton, a força é o produto da massa pela aceleração:
Sabemos que a massa do elétron é aproximadamente
.
Passo 5
Substituindo os valores na fórmula:
Resposta
(a) A aceleração do elétron é aproximadamente
.
(b) A magnitude da força resultante que atua sobre o elétron é cerca de
e ela está direcionada centralmente, ou seja, para o próton no centro da órbita.