Enunciado
Física - Randall D. Knight- Ed: 2º - Capítulo 4.Exercícios e Problemas - Ex. 78
Você é convidado a realizar uma consulta médica em um hospital de pesquisa da cidade onde um grupo de doutores está pesquisando o bombardeio de tumores cancerosos por íons de alta energia. Os íons são atirados diretamente no centro do tumor com velocidades de . A fim de cobrir a área inteira do tumor, os íons são desviados lateralmente ao passarem entre duas placas metálicas eletrizadas, que aceleram os íons em uma direção perpendicular à de seus movimentos iniciais. A região de aceleração tem de comprimento, e as extremidades das placas aceleradoras se encontram a do paciente. Que aceleração é necessária para desviar um íon para um lado?
Passo 1
Beleza, vamos dividir o problema em duas partes e interpretar cada uma delas, a primeira é quando os íons entram nas placas, antes disso eles possuem velocidade constante na direção e nenhuma na direção , depois que entram na placa são acelerados verticalmente, já que o enunciado diz que as placas aceleram os íons em uma direção perpendicular às velocidades iniciais.
E quando saem, terão velocidade constante de novo mas agora com componente além da componente no inicio do processo.
Passo 2
Vamos escrever as equações do movimento para a primeira parte, desde a entrada na placa até a saída dela:
A equação de movimento em é essa porque a velocidade em nunca vai mudar, já que as placas aceleradoras aceleram verticalmente os íons.
Em fica:
Como no início do movimento, quando os íons entram entre as placas a velocidade da componente é zero, então , assim:
Já que não queremos o tempo que os íons levam dentro das placas, podemos substituir uma equação na outra depois de isolar :
Nessa equação a gente não tem nem a e nem , vamos isolar para fazer ele sumir quando calcularmos a segunda parte:
Além disso, vamos supor que o zero do nosso sistema, está exatamente no ponto quando os ions entram nas placas, assim , e a equação fica:
Passo 3
Agora vamos escrever as equações para a segunda parte
Ou seja, a posição inicial em é a final da primeira parte, e o movimento passa a ser com velocidade constante em que é a velocidade final da parte anterior.
Como :
Para esse caso o tempo também não interessa a gente, vamos substituir na equação do eixo , usando a equação do eixo :
Agora a gente substitui que calculamos antes:
E isolamos :
Agora a gente substitui o tamanho das placas , a distância entre as placas e o paciente , a velocidade inicial dos íons na direção e o desvio na trajetória que é o valor de :