Um espelho quadrado perfeitamente refletor, lado L = 0,20 m e massa m = 0,50 kg, está livre para deslizar sem…

Questão

Um espelho quadrado perfeitamente refletor, lado L = 0,20 m e massa m = 0,50 kg, está livre para deslizar sem atrito numa pista horizontal. Um feixe laser de potência P = 5,00 W incide perpendicularmente e ilumina totalmente a face do espelho. Considere c = 3×10^8 m/s. Descreva e calcule: (a) a força média de radiação no espelho, (b) a aceleração inicial e (c) o deslocamento após t = 10,0 s, supondo aceleração constante.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Para reflexão perfeita a pressão de radiação p = 2I/c, com I = P/A e área A = L². Como a força F = p·A, obtemos F = 2P/c (independe da área se o feixe cobre toda a face). (a) F = 2·5,00/(3×10^8) = 10/(3×10^8) = 3,33×10?8 N. (b) a = F/m = 3,33×10?8 /0,50 = 6,67×10?8 m/s². (c) Com aceleração constante s = (1/2) a t² = 0,5·6,67×10?8·(10,0)² = 3,33×10?6 m (˜3,33 µm). Inclua as fórmulas: I=P/A, p=2I/c, F=pA?F=2P/c, a=F/m, s=½ a t².

Explicação

A pressão de radiação é calculada a partir da intensidade do feixe laser e da velocidade da luz, resultando em uma força que atua sobre o espelho. A aceleração é obtida dividindo a força pela massa do espelho, e o deslocamento é calculado usando a fórmula do movimento uniformemente acelerado. Esses cálculos são consistentes com as leis da física que descrevem a interação da luz com superfícies refletoras.

Raio-X da questão

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