Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 9.Problemas Adicionais - Ex. 127
Um elétron (massa ) e um próton (massa ) se atraem eletricamente. Suponha que um elétron e um próton são liberados a partir do repouso a uma distância um do outro. Quando a distância entre eles diminui para , qual é a razão entre (a) o módulo do momento linear do elétron e o módulo do momento linear do próton, (b) o módulo da velocidade do elétron e o módulo da velocidade do próton e (c) a energia cinética do elétron e a energia cinética do próton? (d) Quando a distância continua a diminuir, as respostas de (a) e (c) aumentam, diminuem ou continuam as mesmas?
Passo 1
(a) Se o elétron e o próton são liberados a partir do repouso, então o momento linear total do sistema, inicialmente, era:
A partir daí, as duas partículas vão começar a andar na direção uma da outra:
Como as suas velocidades tem sentidos opostos, o momento linear do sistema vai ser:
Então:
Então a razão entre os módulos dos momentos é .
Passo 2
(b) Para encontrar a razão entre os módulos das velociades, vamos voltar à equação que escrevemos ali em cima:
Onde é a massa do elétron, e é a massa do próton, e assim por diante.
Passo 3
(c) Agora vamos encontrar a razão entre as energias cinéticas. Nesse caso é útil escrever a fórmula para a energia cinética da seguinte forma:
A razão entre os módulos dos momentos é , e a razão entre as massas já foi calculada, então:
Passo 4
(d) Quando a distância diminui ainda mais, todos os resultados se mantém iguais. Perceba que nenhuma das fórmulas que nós escrevemos depende da distância entre as partículas.
Resposta
(a) A razão entre os momentos é .
(b) A razão entre as velocidades é .
(c) A razão entre as energias cinéticas é .
(d) Os resultados se mantêm iguais.