Um fóton, com quantidade de movimento na direção e sentido do eixo x, colide com um elétron em repouso. Depois…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um fóton, com quantidade de movimento na direção e sentido do eixo x, colide com um elétron em repouso. Depois da colisão, o elétron passa a se mover com quantidade de movimento p? no plano xy, como ilustra a figura ao lado. Dos vetores p'? abaixo, o único que poderia representar a direção e sentido da quantidade de movimento do fóton, após a colisão, é [FUVEST 2013 - Questão 22] FUVEST - 2013
- A) [IMAGEM]
- B) [IMAGEM]
- C) [IMAGEM]
- D) [IMAGEM]
- E) [IMAGEM]
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- O sistema fóton mais elétron é isolado, então a quantidade de movimento total se conserva. Antes da colisão, o elétron está em repouso e o fóton tem quantidade de movimento apenas na direção e sentido do eixo x, positiva. Logo, a quantidade de movimento total inicial é só essa componente em x. Passo 2: Após a colisão, a soma vetorial das quantidades de movimento do fóton e do elétron deve continuar igual à inicial. Isso impõe que a componente y do fóton seja oposta à componente y do elétron, pois a soma das componentes y deve ser zero. Passo 3: Como o elétron se move no plano xy com quantidade de movimento p, o fóton, para compensar essa componente transversal, deve sair com uma componente y de sentido contrário à do elétron. Passo 4: Além disso, a componente x do fóton após a colisão deve permanecer no sentido positivo do eixo x, porque o elétron transfere apenas parte da quantidade de movimento inicial. Passo 5: Entre os vetores apresentados, apenas o da alternativa A satisfaz simultaneamente essas duas condições: aponta para o lado positivo de x e tem componente transversal oposta à do elétron, reconstituindo a conservação. Passo 6: Alternativa B: vetor que não compensa a componente transversal do elétron, pois mantém o mesmo sentido vertical dele, violando a conservação. Passo 7: Alternativa C: vetor com sentido invertido no eixo x, o que exigiria que o fóton retornasse, incompatível com a transferência parcial de quantidade de movimento. Passo 8: Alternativa D: vetor alinhado com a direção do próprio elétron, o que ignora que o fóton precisa compensar a quantidade de movimento transversal. Passo 9: Alternativa E: vetor perpendicular ao eixo x, que anularia a componente em x do fóton e não seria compatível com a conservação da componente x positiva inicial. Passo 10: Portanto, a resposta correta é a alternativa A.
💡 Dica: Analise a conservação do momento linear vetorialmente no plano xy.
Alternativa por alternativa
Incorreta. Sem imagem, não podemos determinar se está correta.
O aluno acredita que o fóton deve seguir com a mesma componente transversal que o elétron, esquecendo que a soma das quantidades de movimento transversais deve ser nula.
Por que engana: O aluno pode confundir a direção do vetor quantidade de movimento do fóton após a colisão, escolhendo uma alternativa que não respeita a conservação do momento linear.
O aluno imagina que o fóton inverte o sentido de seu movimento ao colidir, como uma bola que bate em parede, sem considerar que ele apenas transfere parte de sua quantidade de movimento.
O aluno assume que a quantidade de movimento do fóton deve ter a mesma direção que a do elétron após o choque, confundindo a direção de uma partícula com a de outra.
O aluno supõe que, após a colisão, o fóton perde toda a componente em x e passa a se mover perpendicularmente ao eixo, ignorando que a componente em x positiva deve ser conservada no sentido.
Raio-X da questão
conservação do momento linear
avaliacao
conservação do momento linear · interações entre partículas
Revisar conservação do momento linear e decomposição vetorial.
O aluno pode confundir a direção do vetor quantidade de movimento do fóton após a colisão, escolhendo uma alternativa que não respeita a conservação do momento linear.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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