Enunciado
Física - Randall D. Knight - Eletricidade e Magnetismo- Ed: 2º - Capítulo 29.Questões Conceituais - Ex. 3
3. A FIGURA Q29.3 representa a energia potencial de um próton () e de um núcleo de chumbo (). A escala horizontal está em femtômetros, onde .
a. Um próton é arremessado de muito longe em direção a um núcleo de chumbo. Que quantidade de energia cinética inicial o próton deve possuir a fim de atingir um ponto de retorno a do núcleo? Explique.
b. Que valor de energia cinética possui o próton quando se encontra a do núcleo, movendo-se em direção ao mesmo, antes da colisão?
c. Que valor de energia cinética possui o próton quando se encontra a do núcleo, afastando-se do mesmo, após a colisão?
Passo 1
Exercício interessante, vamos simplificar ele
O próton vai ser arremessado em direção ao chumbo. Como os dois possuem cargas positivas, a repulsão vai inverter o movimento. Queremos que ele retorne no ponto , então nesse ponto a energia cinética precisa ser nula.
No início, temos apenas energia cinética, pois a distância era muito grande, então vamos desconsiderar o efeito do núcleo do chumbo
E no final, a energia cinética dever ser zero, pois está retornando. Apenas terá energia potencial
Teremos a seguinte conversão de energia
Substituindo
Passo 2
Desta vez, também teremos energia cinética final.
Substituindo a energia cinética inicial
Passo 3
Sabendo que no ponto é o momento de retorno, a energia cinética neste ponto é nula. No início do retorno há apenas energia potencial.
No ponto de retorno, toda energia cinética foi convertida em potencial, logo, podemos usar o resultado do item a
Substituindo
Os nossos valores também podem ser vistos de maneira aproximada no gráfico. Os itens b e c possuem repostas iguais, isto é esperado pois a energia se conserva.
Resposta
a.
b.
c.