Especial de Sábado

Efeitos estudados em Física e seus descobridores

O efeito Cherenkov

Borges e Nicolau

O físico russo, Pavel Alekseyevich Cherenkov (1904-1990) constatou experimentalmente que partículas eletrizadas, elétrons por exemplo, ao atravessarem em movimento retilíneo e uniforme um líquido transparente emitem uma radiação eletromagnética, desde que a velocidade V das partículas seja maior do que a velocidade de propagação v da radiação eletromagnética no líquido em questão. O fenômeno descrito é chamado efeito Cherenkov. Por esta descoberta, Cherenkov recebeu em 1958 o prêmio Nobel de Física. A radiação emitida, chamada radiação de Cherenkov tem a forma de um cone. Este cone é semelhante ao  formado pelas ondas de choque quando um avião supersônico ultrapassa a velocidade de propagação do som no ar.

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A questão abaixo foi proposta no vestibular da Unicamp, segunda fase, em 2011.

A radiação Cherenkov ocorre quando uma partícula carregada atravessa um meio isolante com uma velocidade maior do que a velocidade da luz nesse meio. O estudo desse efeito rendeu a Pavel A. Cherenkov e colaboradores o prêmio Nobel de Física de 1958. Um exemplo desse fenômeno pode ser observado na água usada para refrigerar reatores nucleares, em que ocorre a emissão de luz azul devido às partículas de alta energia que atravessam a água.

a) Sabendo-se que o índice de refração da água é n = 1,3, calcule a velocidade máxima das partículas na água para que não ocorra a radiação Cherenkov. A velocidade da luz no vácuo é c = 3,0.10⁸ m/s.

b) A radiação Cherenkov emitida por uma partícula tem a forma de um cone, como ilustrado na figura abaixo, pois a sua velocidade, vP, é maior do que a velocidade da luz no meio, vL. Sabendo que o cone formado tem um ângulo θ = 50º e que a radiação emitida percorreu uma distância d = 1,6 m em t = 12 ns, calcule vP.

Dados: cos 50º = 0,64 e sen 50º = 0,76.

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Resolução:

a) Para que não ocorra a radiação Cherenkov a velocidade da partícula eletrizada deve no máximo ser igual à velocidade de propagação da luz no meio. Da definição de índice de refração, vem:

b)

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Observe na figura que enquanto a partícula se desloca de A até C, com velocidade vP, no mesmo intervalo de tempo a luz se propaga de A até B, com velocidade vL.

Assim, temos:

No próximo sábado: Efeito Hall