Lista de Exercícios Resolvidos de Pressão da Radiação Eletromagnética

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A intensidade média da radiação solar que incide perpendicularmente em uma superfície situada logo acima da atmosfera da Terra é 1,4   k W / m 2 .

  1. Qual é a pressão de radiação p r exercida pelo Sol sobre essa superfície, supondo que toda a radiação é absorvida?
  2. Calcule a razão entre essa pressão e a pressão atmosférica ao nível do mar, que é 1,0 × 10 5   P a .

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Uma onda eletromagnética plana monocromática com comprimento de onda λ , propagando-se no vácuo no sentido negativo do eixo x , incide perpendicularmente sobre uma superfície metálica perfeitamente refletora, conforme a figura.

  1. Escreva a expressão do vetor campo elétrico incidente E → i , em termos de sua amplitude E 0 e do comprimento de onda λ , sabendo que o campo oscila ao longo da direção y e que assume seu valor máximo em x = 0 no instante t = 0 . Determine o campo magnético da onda incidente B → i a partir de E → i ;
  2. Determine o vetor campo elétrico da onda refletida E → r a partir do fato de que o campo elétrico total se anula na superfície do metal. Determine o vetor campo magnético da onda refletida B → r a partir de E → r .
  3. Calcule a pressão de radiação P r a d exercida pela onda sobre a superfície metálica perfeitamente refletora.

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Um veleiro espacial está sendo projetado para participar da 1ª regata interplanetária, a se iniciar na Terra e com chegada em Vênus.

Supondo que a intensidade da radiação solar seja constante entre a Terra e Vênus, e dada por I = 1,4   k W / m 2 , determine qual deverá ser a área da vela, em m 2 m para que o veleiro receba uma potência média de P = 7   k W , e qual tipo de material, refletor ou absorvedor, proporcionará maior impulso para o veleiro.

  1. 5 ; refletor
  2. 7 ; absorvedor
  3. 0,2 ; refletor
  4. 7 ; refletor
  5. 0,2 ; absorvedor
  6. 5 ; absorvedor

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Um pedaço de cartolina pintado de preto, totalmente absorvente, de área A = 2,0   c m 2 , intercepta um pulso luminoso com uma intensidade de 10   W / c m 2 produzido por uma lâmpada estroboscópica.

Qual é a pressão exercida pela luz sobre a cartolina?

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Uma onda eletromagnética plana monocromática com comprimento de onda λ , propagando-se no vácuo no sentido negativo do eixo x , incide perpendicularmente sobre uma superfície metálica perfeitamente refletora, conforme a figura.

  1. Escreva a expressão do vetor campo elétrico incidente E → i , em termos de sua amplitude E 0 e do comprimento de onda λ , sabendo que o campo oscila ao longo da direção y e que assume seu valor máximo em x = 0 no instante t = 0 . Determine o campo magnético da onda incidente B → i a partir de E → i ;
  2. Determine o vetor campo elétrico da onda refletida E → r a partir do fato de que o campo elétrico total se anula na superfície do metal. Determine o vetor campo magnético da onda refletida B → r a partir de E → r .
  3. Calcule a pressão de radiação P r a d exercida pela onda sobre a superfície metálica perfeitamente refletora.

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Uma onda eletromagnética possui quantidade de momento linear e energia, que são transportadas pela onda. Algumas ideias existem para usar as ondas eletromagnéticas como propulsoras de naves em viagens espaciais no vácuo. Estime a intensidade que uma onda eletromagnética plana monocromática deve ter para gerar, em incidência normal, uma pressão de radiação média de 10 - 3   P a em uma superfície negra (absorvedora) ideal.

a) I = 3,0 ⋅ 10 5   W / m 2 .

b) I = 1,5 ⋅ 10 5   W / m 2 .

c) I = 6 , 0 ⋅ 10 5   W / m 2 .

d) I = 2 , 0 ⋅ 10 5   W / m 2 .

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A face esquerda de um cubo é composta por um espelho (material condutor) e é iluminada por um feixe de luz de intensidade I 1 , em uma incidência normal. A face direita, paralela à anterior, é composta por um material absorvedor de intensidade I 2 , também em incidência normal. Se a força média que atua no bloco é nula, pode-se afirmar que

a) I 1 = I 2 / 2 .

b) I 1 = 2 I 2 .

c) I 1 = I 2 .

d) I 1 = 2   I 2 .

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Uma onda eletromagnética plana e monocromática, com comprimento de onda λ , propaga-se no vácuo, no sentido negativo do eixo x . A onda incide perpendicularmente sobre uma superfície condutora perfeita, conforme a figura abaixo.

  1. Escreva a expressão do vetor campo elétrico incidente E i → em termos de sua amplitude E 0 e do comprimento de onda λ , sabendo que o campo oscila ao longo da direção y e assume seu valor máximo (positivo) em x = 0 , no instante t = 0 .
  2. Determine o campo magnético da onda incidente B i → , a partir de E i → .
  3. Determine o vetor campo elétrico da onda refletida E r → , a partir do fato que o campo elétrico total se anula na superfície do metal.
  4. Determine o vetor campo magnético da onda refletida B r → , a partir de E r → .
  5. Calcule a pressão de radiação P r a d exercida pela onda sobre a superfície condutora perfeita.

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Um laser é capaz de gerar pulsos de radiação com uma potência máxima de valor

P = 2,5   x   10 8 W . Ele é focalizado em uma superfície de área 1,4   m m 2 de um plasma de elétrons de alta densidade. Essa superfície está perpendicular à direção de propagação.

(a) Determine a intensidade 𝐼 da radiação na superfície considerada. Determine também a pressão de radiação P r   sobre esse plasma lembrando que ele se comporta como um meio perfeitamente refletor.

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Um laser é capaz de gerar pulsos de radiação com uma potência máxima de valor 3,6   x   10 8 W . Ele é focalizado em uma superfície de área 1,2 m m 2 de um plasma de elétrons de alta densidade. Essa superfície está perpendicular à direção de propagação.

(a) Determine a intensidade I da radiação na superfície considerada. Determine também a pressão de radiação P r sobre esse plasma lembrando que ele se comporta como um meio perfeitamente refletor.

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Considere as sentenças a seguir sobre ondas eletromagnéticas:

I) a direção e o sentido do vetor de Poynting coincide com a direção e o sentido de propagação de uma onda eletromagnética progressiva e monocromática;

II) a unidade física do vetor de Poynting ( W / m 2 ) coincide com a unidade física de pressão de radiação ( N / m 2 ); e III) a intensidade de uma onda eletromagnética plana e monocromática é proporcional ao quadrado da amplitude do campo elétrico da onda. Marque a opção correta

(a) apenas I é verdadeira.

(b) apenas II é verdadeira.

(c) apenas I e III são verdadeiras.

(d) apenas III é verdadeira.

(e) apenas I e II são verdadeiras.

(f) apenas II e III são verdadeiras.

(g) todas são verdadeiras.

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Uma onda eletromagnética plana monocromática com comprimento de onda λ , propagando-se no vácuo no sentido negativo do eixo x , incide perpendicularmente sobre uma superfície metálica perfeitamente refletora, conforme a figura.

  1. Escreva a expressão do vetor campo elétrico incidente E → i , em termos de sua amplitude E 0 e do comprimento de onda λ , sabendo que o campo oscila ao longo da direção y e que assume seu valor máximo em x = 0 no instante t = 0 .
  2. Determine o campo magnético da onda incidente B → i a partir de E → i ;

  3. Determine o vetor campo elétrico da onda refletida E → r a partir do fato de que o campo elétrico total se anula na superfície do metal. Determine o vetor campo magnético da onda refletida B → r a partir de E → r .
  4. Calcule a pressão de radiação P r a d exercida pela onda sobre a superfície metálica perfeitamente refletora.

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Um veleiro espacial está sendo projetado para participar da 1ª regata interplanetária, a se iniciar na Terra e com chegada em Vênus.

Supondo que a intensidade da radiação solar seja constante entre a Terra e Vênus, e dada por I = 1,4   k W / m 2 , determine qual deverá ser a área da vela, em m 2 m para que o veleiro receba uma potência média de P = 7   k W , e qual tipo de material, refletor ou absorvedor, proporcionará maior impulso para o veleiro.

  1. 5 ; refletor
  2. 7 ; absorvedor
  3. 0,2 ; refletor
  4. 7 ; refletor
  5. 0,2 ; absorvedor
  6. 5 ; absorvedor

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A radiação, proveniente de uma fonte que emite luz com uma intensidade igual a 3 I , incide sobre uma superfície fazendo um ângulo, de cos ⁡ θ = 1 / 3 , com a normal à superfície.

Se a luz for totalmente refletida pela superfície, a pressão que a radiação exerce sobre a superfície será igual a:

  1. c I
  2. 3 I / c
  3. 3 I / 2 c
  4. 2 I / c
  5. 2 c I
  6. c I / 2
  7. 4 c I
  8. c I / 4
  9. 3 c I / 4
  10. 3 I / 4 c
  11. 6 I / c
  12. 6 c I
  13. 12 c I
  14. c I / 12
  15. 2 I / 3 c
  16. 2 c I / 3
  17. 3 c I
  18. 3 I / c
  19. Nenhuma das anteriores

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