Uma onda eletromagnética plana de intensidade de
atinge um pequeno espelho de bolso com
de área, posicionado perpendicularmente à onda que se aproxima. (a) Qual momento a onda transfere para o espelho a cada segundo? (b) Encontre a força que a onda exerce sobre o espelho. (Valor: 1,0 ponto)
Passo 1
O enunciado diz que uma onda eletromagnética plana de intensidade
incide perpendicularmente num espelho de área
. Queremos (a) o momento transferido por segundo ao espelho e (b) a força resultante. O conteúdo usado será pressão de radiação em superfícies perfeitamente refletoras, que relaciona intensidade, velocidade da luz e transferência de momento.
Passo 2
Para uma superfície perfeitamente refletora, cada fóton incidente tem seu momento refletido em sentido oposto, dobrando a transferência de momento. A pressão de radiação (momentum flux) vale
onde
é a velocidade da luz.
Passo 3
O momento transferido por segundo por área é justamente
. Para a área total do espelho,
. Convertendo a área:
e usando
,
Passo 4
A força que a onda exerce no espelho é exatamente a taxa de variação do momento:
Resposta
(a)
a cada segundo.
(b) .
(b)