FUVEST 2013 — questão 22 de Física
Enunciado em texto
Um fóton, com quantidade de movimento na direção e sentido do eixo x, colide com um elétron em repouso. Depois da colisão, o elétron passa a se mover com quantidade de movimento , no plano xy, como ilustra a figura ao lado. Dos vetores abaixo, o único que poderia representar a direção e sentido da quantidade de movimento do fóton, após a colisão, é
[Figura: eixos x (para a direita) e y (para cima), tracejados; o vetor sai da origem para baixo e para a direita (componente x positiva e componente y negativa).]
a) [Vetor vertical, apontando para cima (sentido +y).]
b) [Vetor horizontal, apontando para a direita (sentido +x).]
c) [Vetor para baixo e para a direita, na mesma direção de .]
d) [Vetor vertical, apontando para baixo (sentido −y).]
e) [Vetor horizontal, apontando para a esquerda (sentido −x).]
Note e adote: O princípio da conservação da quantidade de movimento é válido também para a interação entre fótons e elétrons.
(Enunciado e figura: Vestibular FUVEST 2013, 1ª fase, prova V — Fuvest/USP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à FUVEST.
Resolução comentada
O que a questão pede: a única direção possível para o fóton depois de bater no elétron.
Passo 1 — conservação da quantidade de movimento. Antes, só o fóton tinha quantidade de movimento, e toda ela na direção +x. Depois, a soma (fóton + elétron) tem de ser a mesma:
Passo 2 — olhar a direção y. Antes, a componente y total era zero. O elétron saiu com componente y negativa (para baixo). Então o fóton tem de sair com componente y positiva, do mesmo tamanho, para a soma continuar zero:
O fóton tem de ter alguma componente para cima. Entre as alternativas, só a (A) tem isso.
Passo 3 — e a direção x? A componente x do fóton é o que sobra: . Ela pode ser positiva, nula ou negativa, dependendo de quanto o elétron levou. A (A) corresponde ao caso em que o elétron levou toda a componente x e o fóton saiu a 90°: é possível.
Por que não as outras: (B) e (E) não têm componente y, e (C) e (D) têm componente y para baixo, somando com a do elétron em vez de cancelá-la.
⚠️ A armadilha: achar que o fóton “segue em frente” (B) ou que vai “junto com o elétron” (C). A soma dos vetores depois tem de apontar exatamente para +x, como antes: se o elétron vai para baixo, o fóton tem de ir para cima.
A ideia em uma frase: a quantidade de movimento total se conserva em cada direção: se antes não havia nada em y, as componentes y depois têm de se cancelar.
Resposta: alternativa A (vetor para cima).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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