Lista de Exercícios Resolvidos de Força da Radiação Eletromagnética

Ver Teoria

Um laser tem uma potência luminosa de 5,00   m W e um comprimento de onda de 633   n m . A luz emitida é focalizada (concentrada) até que o diâmetro do feixe luminoso seja igual ao diâmetro de 1266   n m de uma esfera iluminada pelo laser.

A esfera é perfeitamente absorvente e tem uma massa específica de 5,00 × 10 3   k g / m 3 . Determine:

  1. A intensidade do feixe produzido pelo laser na posição da esfera.
  2. A pressão exercida pela radiação do laser sobre a esfera.
  3. O módulo da força correspondente.
  4. O módulo da aceleração que a força imprime à esfera.

Ver solução completa

Uma placa quadrada, perfeitamente refletora, situada no espaço sideral, está orientada perpendicularmente aos raios solares.

A placa tem 2,0   m de lado e se encontra a uma distância de 3,0 × 10 11   m do Sol.

Determine a força exercida sobre a placa pelos raios solares.

A potência de radiação do sol é de P = 3,90 × 10 26   W .

Ver solução completa

Um laser de intensidade I produz um feixe de radiação monocromático, cilíndrico e com seção reta de raio R . O feixe incide perpendicularmente sobre uma placa que o absorve totalmente.

a Calcule a potência média emitida pelo laser.

b Calcule a amplitude do campo elétrico e do campo magnético do feixe incidente.

c Calcule a força exercida pela radiação sobre a placa.

d Calcule a densidade volumétrica média de energia do feixe.

Ver solução completa

Um laser de intensidade I produz um feixe de radiação cilíndrico e com seção reta de raio r . O feixe incide perpendicularmente sobre uma placa esférica totalmente negra, de raio R , com R > r .

Modelando a frente de onda como plana e monocromática, qual é a força exercida pela radiação sobre a placa?

  1. π r 2 I / c
  2. 2 π r 2 I / c
  3. 2 π R 2 I / c
  4. π R 2 I / c
  5. 2 I / c

Ver solução completa

Um cubo possui 27   m 3 de volume. Em uma das faces, o cubo é coberto por um material escuro ideal, enquanto a face oposta a anterior é feita de um espelho ideal.

Ilumina-se, totalmente, cada uma dessas duas faces do cubo com luz de 100   W / m 2 de intensidade. O módulo da força resultante sentida pelo cubo é

  1. 1,5   μ N
  2. 0,0   μ N
  3. 9,0   μ N
  4. 1,0   μ N
  5. 3,0   μ N

Ver solução completa

Uma lâmpada incandescente de 100 W de potência possui eficiência de 27 % na conversão de energia elétrica em energia luminosa. Um espelho circular plano, com raio de 0,8 m , é posicionado a uma distância de 2,0 m da lâmpada.

Na aproximação de onda plana monocromática, determine a força média sentida pelo espelho devido à pressão de radiação. Considere que toda a área do espelho é iluminada igualmente, com uma incidência normal.

  1. 3,6 × 10 - 9 N
  2. 3,6 × 10 - 8 N
  3. 7,2 × 10 - 9 N
  4. 7,2 × 10 - 8 N
  5. 14,4 × 10 - 9 N
  6. 14,4 × 10 - 8 N

Ver solução completa

Na ausência de quaisquer outras forças, esse feixe luminoso incide diretamente sobre uma

esfera totalmente absorvente cujo raio, de 2,0 mm, coincide com raio do feixe. A esfera

tem densidade de 0,5× 10 3 k g / m 3 .

(e) Determine o módulo da aceleração adquirida pela esfera.

Dados:

I = 4300 W m 2

r = 2 m m = 2 . 10 - 3 m

ρ = 0,5 . 10 3 k g / m 3

C = 3 .   10 8 m / s

Ver solução completa

(d) Determine o módulo da aceleração produzida pela força gerada pela pressão da

radiação de um feixe luminoso uniforme, cuja intensidade é I = 3,00. 10-2 W/m²e que

incide sobre uma esfera de raio R = 2,00. 10 -4 m. Essa esfera absorve totalmente a

radiação e possui massa m = 2,50. 10 -9kg.

Ver solução completa

Uma onda eletromagnética de intensidade I = 3,0 × 10 3   W / m 2 e vetor de onda  k → = - x ^   ( r a d / m ) incide em um superfície circular de raio 2 π m situada no plano y z e é completamente refletida. Qual a força média exercida por esta onda na superfície?

  1. 2 × 10 - 5   N .
  2. 2 2 × 10 - 5   N .
  3. 4,0 × 10 - 5   N .
  4. 4 2 × 10 - 5   N .
  5. 8,0 × 10 - 5   N .

Ver solução completa

Um feixe de luz plano, monocromático e linearmente polarizado de intensidade 2 W / m 2 ilumina totalmente um espelho de área de 3,0 m 2 . Na incidência normal, determine a força média realizada pelo feixe de luz no espelho.

(a) 8,0 × 10 - 8 N

(b) 2,0 × 10 - 8 N  

(c) 4,0 × 10 - 8 N    

(d) 0,0 N  

Ver solução completa

O vetor de Poynting associado com uma onda eletromagnética harmônica que se propaga no vácuo é dado por:

S → z , t = 100 4 π cos 2 ⁡ 10 z - 3 × 10 9   t   z ^

E é medido em W / m 2 .

  1. Qual a direção e o sentido de propagação da onda? Justifique a sua resposta.
  2. Suponha que em t = 0 e no plano z = 0 o campo elétrico aponte no sentido do eixo O x . Determine a expressão vetorial do campo elétrico associado a este vetor de Poynting.
  3. Determine o vetor campo magnético associado com este vetor de Poynting.
  4. Calcule o comprimento de onda e a frequência desta onda harmônica.
  5. Calcule a força exercida sobre uma superfície perfeitamente refletora, perpendicular à direção de propagação da onda cuja área vale 1   c m 2 .

Ver solução completa

Uma onda eletromagnética senoidal plana se propagando no ar possui comprimento de onda igual a 3,00   cm e a amplitude do campo elétrico é igual a 9,00   V / m .

Dê as suas respostas em valores numéricos.

  1. Qual é a frequência desta onda?
  2. Sabendo que o vetor de propagação da onda está na mesma direção e é proporcional ao vetor 4 x ^ - 3 z ^ , escreva uma possível expressão para o vetor campo elétrico em função do tempo e do espaço.
  3. A partir da sua resposta do item b), escreva uma possível expressão para o vetor campo magnético em função do tempo e do espaço.
  4. Qual é a intensidade desta onda?
  5. Qual é a força média que a radiação exerce sobre uma superfície totalmente absorvedora perpendicular à direção de propagação com área igual a 0,200 π   m 2 ?

Ver solução completa

Um laser de intensidade I produz um feixe de radiação monocromático, cilíndrico e com seção reta de raio R .

O feixe incide perpendicularmente sobre uma placa que o absorve totalmente.

  1. Calcule a potencia média emitida pelo laser.
  2. Calcule a amplitude do campo elétrico e do campo magnético do feixe incidente.
  3. Calcule a força exercida pela radiação sobre a placa.
  4. Calcule a densidade volumétrica média de energia do feixe.

Ver solução completa

Considere as afirmações a seguir e marque a alternativa CORRETA.

  1. A densidade de corrente de deslocamento sempre é nula no vácuo
  2. A intensidade da radiação eletromagnética produzida por um dipolo elétrico é máxima na direção perpendicular ao eixo de oscilação do dipolo.
  3. Um elétron livre em movimento retilíneo acelerado produz um campo eletromagnético esfericamente simétrico.
  1. Apenas I está correta
  2. Apenas I I está correta
  3. Apenas I I I está correta
  4. Apenas I e I I estão corretas.
  5. Apenas I I e I I I estão corretas.
  6. Todas estão corretas.
  7. Todas estão incorretas.

Ver solução completa