Enunciado

Um elétron (massa m 1 = 9,11   .   10 - 31   k g ) e um próton (massa m 2 = 1,67   .   10 - 27   k g ) se atraem eletricamente. Suponha que um elétron e um próton são liberados a partir do repouso a uma distância d = 3,0   .   10 - 6   m um do outro. Quando a distância entre eles diminui para 1,0   .   10 - 6   m , 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:

p o = 0

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:

m 2 v 2 - m 1 v 1 = 0

Então:

m 1 v 1 = m 2 v 2

p 1 = p 2

Então a razão entre os módulos dos momentos é 1 .

Passo 2

(b) Para encontrar a razão entre os módulos das velociades, vamos voltar à equação que escrevemos ali em cima:

m 1 v 1 = m 2 v 2

v 1 v 2 = m 2 m 1

Onde m 1 é a massa do elétron, e m 2 é a massa do próton, e assim por diante.

v 1 v 2 = 1,67.10 - 27 9,11.10 - 31 = 1,83   .   10 3

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:

K = 1 2 m v 2 = p 2 2 m

K 1 K 2 = p 1 2 2 m 1 2 m 2 p 2 2

K 1 K 2 = p 1 p 2 2   m 2 m 1

A razão entre os módulos dos momentos é 1 , e a razão entre as massas já foi calculada, então:

K 1 k 2 = 1,83   .   10 3

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 1 .

(b) A razão entre as velocidades é 1,83   .   10 3 .

(c) A razão entre as energias cinéticas é 1,83   .   10 3 .

(d) Os resultados se mantêm iguais.

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