Enunciado

Com relação ao Prob. 11.37 , prove que, se a partícula m 2 sofrer um recuo numa direção ϕ , em relação à direção do movimento da partícula incidente, então, sua quantidade de movimento e sua energia serão

p 4 = p 1 2 m 2 E 1 + m 2 c 2 cos ⁡ ϕ E 1 c + m 2 c 2 - p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ

E 4 = m 2 c 2   1 + 2 p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ E 1 c + m 2 c 2 - p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ

Passo 1

E aí, beleza?? Seguindo a mesma linha do problema anterior, podemos refazer o problema, mas agora isolando inicialmente as quantidades relativas à partícula m 1 após a colisão. Dessa forma:

E 3 = E 1 + m 2 c 2 - E 4

p 3 2 = p 1 2 + p 4 2 - 2 p 1 p 4 cos ⁡ ϕ

Passo 2

Portanto, vem:

E 3 2 = m 1 2 c 4 + p 3 2 c 2

Assim:

E 1 + m 2 c 2 - E 4 2 = m 1 c 2 2 + c 2 p 1 2 + p 4 2 - 2 p 1 p 4 cos ⁡ ϕ

Lembrando que E 1 2 - p 1 2 c 2 = m 1 2 c 4 e E 4 2 - p 4 2 c 2 = m 2 2 c 4 , podemos reduzir essa expressão para:

E 4 c = m 2 c + p 1 c cos ⁡ ϕ E 1 + m 2 c 2 p 4

Passo 3

Dessa forma, da relação entre E 4 e p 4 , vem:

m 2 c + p 1 c cos ⁡ ϕ E 1 + m 2 c 2 p 4 2 = m 2 c 2 + p 4 2

Assim, resolvendo para p 4 (dessa vez com um pouco menos de trabalho, comparando ao problema anterior), chegamos em:

p 4 = p 1 2 m 2 E 1 + m 2 c 2 cos ⁡ ϕ E 1 c + m 2 c 2 - p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ

Passo 4

Portanto, voltando para a energia, temos:

E 4 c = m 2 c + p 1 c cos ⁡ ϕ E 1 + m 2 c 2 p 4 = m 2 c + p 1 2 c cos ⁡ ϕ E 1 + m 2 c 2 ⋅ 2 m 2 E 1 + m 2 c 2 cos ⁡ ϕ E 1 c + m 2 c 2 - p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ

Ou seja:

E 4 c = m 2 c 1 + 2 p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ E 1 c + m 2 c 2 - p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ

Portanto:

E 4 = m 2 c 2 1 + 2 p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ E 1 c + m 2 c 2 - p 1 2 cos 2 ⁡ ϕ

Como queríamos demonstrar.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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