potenziale elettrico ed energia potenziale

Un protone possiede una velocità iniziale di 4,0. 10s m/s. n) Quale differenza di potenziale è necessaria per fermarlo? b) Quale differenza di potenziale è necessaria per ridurre la velocità iniziale del protone di un fattore 2? c) Quale differenza di potenziale è necessaria per ridurre l'energia cinetica iniziale del protone di un fattore 2?


il 26 Maggio 2015, da giulia carli

Giovanni Barazzetta il 26 Maggio 2015 ha risposto:

Ciao Giula! Per risolvere questo problema dobbiamo tenere presente sempre il principio di conservazione dell'energia meccanica. Purtroppo, su questo argomento specifico non abbiamo ancora una lezione :/ non appena la pubblichiamo, te lo faremo sicuramente sapere! Ad ogni modo, ecco che cosa bisogna fare: imponiamo, ad ogni stadio, che l'energia meccanica Emeccanica=Ek+VE_{\text{meccanica}} = E_{\text{k}} + V si conservi, dove Ek=12m v2E_{\text{k}} = \frac{1}{2} m \ v^2 è l'energia cinetica e VV è l'energia potenziale. Un altro modo di formulare questo principio è il seguente: ΔEmeccanica=0\Delta E_{\text{meccanica}} = 0 , cioè la variazione di energia meccanica totale è nulla; sostituendo nell'equazione precedente si ottiene che la variazione di energia cinetica è pari a ΔEk=ΔV \Delta E_{\text{k}} = - \Delta V Nel nostro caso specifico, dobbiamo studiare tre casi diversi: a) "fermare" un oggetto significa ridurre la sua energia cinetica a 00; quindi ΔEk=012mv2\Delta E_{k} = 0 - \frac{1}{2} m v^2 , da cui la differenza di potenziale (che in elettrodinamica si indica "DDP") necessaria è pari all'energia cinetica iniziale del protone. b) "ridurre la velocità di un fattore 22" significa che la velocità del protone passa da vv a v2\frac{v}{2}; di conseguenza ΔEk=12m(v2)212mv2=12mv2(141)=\Delta E_{k} = \frac{1}{2} m \left( \frac{v}{2} \right)^2 - \frac{1}{2} m v^2 = \frac{1}{2} m v^2 \cdot \left( \frac{1}{4} - 1 \right) = \dots , quindi la DDP necessaria è pari ai 34\frac{3}{4} dell'energia cinetica iniziale. c) Qui basta fare un semplice conto, impostando sempre la solita equazione, e ci si accorge che la DDP necessaria è pari a 12\frac{1}{2} dell'energia cinetica iniziale del protone. Ora è sufficiente calcolare l'energia cinetica iniziale del protone! La velocità te la dà il problema, mentre la massa di un protone è nota: misura 1.67262311027 kg1.6726231 \cdot 10^{-27} \text{ kg}. Dimmi se i conti tornano ;)