Enunciado
Física - Moysés - Vol. 2 - Ed: 4º - Capítulo 12.Problemas - Ex. 7
Num feixe molecular, a densidade de corrente (número médio de moléculas por unidade de área e tempo), para moléculas com velocidades entre e , é dada pela (12.3.3). Calcule e para as moléculas do feixe, comparando os resultados com os valores correspondentes e dentro do forno do qual o feixe é extraído.
Eq. 12.3.3:
Obs: Onde é uma constante de proporcionalidade.
Passo 1
Vamos começar olhando para a equação que o enunciado deu:
Ou seja, a é alguma coisa parecida com isso:
Considerando :
E quando a gente normalizar a função pra encontrar essa constante , o resultado vai sero mesmo que aparece na distribuição de Maxwell:
Então:
Passo 2
Pra calcular , a gente tem que achar um ponto de máximo da função . Então vamos derivar e igualar a zero:
Logo de cara as constantes vão sumir:
E aplicando a regra do produto para derivar:
Dividindo os dois lados pela exponencial:
E é só resolver pra encontrar :
Essa é a velocidade mais provável para as moléculas do feixe.
Passo 3
Pra encontrar a energia mais provável das moléculas do feixe, vamos voltar na fórmula:
E a ideia agora é tentar transformar isso em :
Então vamos substituir todos os por de acordo com as fórmulas:
A ideia é achar um ponto de máximo dessa função, então não vamos nem perder muito tempo simplificando:
Assim que a gente derivar e igualar a zero, as constantes vão sumir:
Aplicando a regra do produto:
E dividindo os dois lados pela exponencial:
Beleza, então já achamos e do feixe:
Passo 4
Agora queremos achar e , que são as mesmas grandezas de antes, mas agora estamos pensando nas moléculas que estão dentro do forno.
Nesse caso a gente pode simplesmente usar as fórmulas que vêm da distribuição de Maxwell.
A velocidade mais provável é:
E a energia mais provável é:
Essa última fórmula também foi demonstrada quando a gente resolveu o problema .
Resposta
Para o feixe, temos e . Para o interior do forno, temos e .