Momento do Fóton (p=E/c)
Calcule o momento (quantidade de movimento) de um fóton a partir da sua energia (p = E/c). Conceito fundamental na física quântica e na pressão de radiação.
p (kg·m/s)
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Momento do fóton: p = h/λ = E/c
O fóton não tem massa e, ainda assim, carrega momento: p = h/λ = E/c, onde h = 6,626·10⁻³⁴ J·s e c = 3·10⁸ m/s. Pegue um fóton verde com E = 3,6·10⁻¹⁹ J e você chega a p ≈ 1,2·10⁻²⁷ kg·m/s. Quando a luz bate numa superfície, esse momento é transferido, e a isso chamamos pressão de radiação. Cada fóton sozinho quase nada faz, mas o efeito se acumula. Por isso um cometa exibe duas caudas ao mesmo tempo: uma cauda de íons, empurrada pelo vento solar, e uma cauda de poeira curva, que cede à pressão de radiação da luz solar. A mesma ideia move as velas solares. A IKAROS da JAXA (2010) foi a primeira a voar entre planetas, e a LightSail 2 da Planetary Society (2019) elevou sua órbita terrestre só com luz solar.
Aplicações
Velas solares para propulsão no espaço profundo. Radiômetros absolutos, em que o radiômetro de Nichols mede a pressão de radiação diretamente. Pinças óticas (Arthur Ashkin, Nobel 2018), que aprisionam e manipulam células, vírus e DNA. Resfriamento de átomos a laser. E o efeito Yarkovsky, que aos poucos desloca órbitas de asteroides.
Perguntas frequentes
Como um fóton tem momento sem massa? A relatividade dá E² = (pc)² + (mc²)². Faça m = 0 e isso vira E = pc, então p = E/c. O momento vem da energia, e não da massa de repouso.
Por que cometas têm duas caudas? O vento solar carregado empurra a cauda de íons, que aponta reta para longe do Sol. A pressão de radiação da luz solar empurra a cauda de poeira, que fica para trás e curva ao longo da órbita.
Velas solares funcionam mesmo? Funcionam. A IKAROS (JAXA, 2010) chegou a Vênus com luz solar, e a LightSail 2 (2019) seguiu elevando sua órbita ao redor da Terra do mesmo jeito.
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