Enunciado

O núcleo atômico foi descoberto em 1911 por Ernest Rutherford, que interpretou corretamente uma série de experimentos nos quais um feixe de partículas alfa era espalhado por folhas finas de metais como o ouro, a prata e o cobre. (a) Se as partículas alfa tinham uma energia cinética de 7,5   M e V , qual era o comprimento de onda de de Broglie das partículas? (b) A natureza ondulatória das partículas alfa deveria ter sido levada em conta na interpretação dos experimentos? A massa de uma partícula alfa é 4,00   u (unidades de massa atômica) e a distância de máxima aproximação entre as partículas alfa e o centro do núcleo nos experimentos era da ordem de 30   f m .

Passo 1

A energia de repouso de uma partícula alfa é

m α c 2 = 4 ⋅ m u c 2 = 4 ⋅ 932   M e V = 3728   M e V

Nesse caso, K = 7,5   M e V é bem menor que a energia de repouso, então podemos usar a expressão clássica para a energia cinética:

K = p 2 2 m ⇒ p = 2 m K

Assim,

λ = h p = h 2 m K = h c 2 m c 2 K

Logo,

λ = 1240   e V   n m 2 ⋅ 3728 ⋅ 10 6   e V ⋅ 7,5 ⋅ 10 6   e V = 5,2 ⋅ 10 - 6   n m

Portanto,

λ = 5,2   f m

Passo 2

Como o comprimento de onda associado a partícula alfa ( 5,2   f m ) é bem menor que as distâncias caracterítiscas do núcleo atômico ( 30   f m ), a natureza ondulatória pode ser desprezada já que os fenômenos de difração não ocorrem!

Resposta

5,2   f m

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