¿Cómo puede una cabeza en partículas alfa aproximarse más al núcleo de un átomo que otras partículas alfa?

Digamos que tenemos dos partículas alfa idénticas, que tienen el mismo impulso. Uno se acerca a un núcleo infinitamente masivo de frente, el otro lo va a extrañar.

El que se acerca de frente se moverá hasta que se acabe todo su impulso, momento en el cual la repulsión del núcleo lo hará retroceder de donde vino. Por otro lado, la partícula alfa que solo pasta el núcleo no gastará todo su impulso, simplemente se desviará. Aunque nunca se acercó al núcleo, por lo tanto, la fuerza repulsiva nunca fue tan alta como para la antigua partícula alfa, no era necesario, ya que solo se necesitaba un pequeño empujón para cambiar la dirección del vuelo.

Para una vista más intuitiva, intente imaginar el siguiente escenario. Estás jugando al minigolf. La pelota de golf tiene que rodar sobre la hierba. La cuestión es que el hoyo en el que intentas hundir la pelota está en la cima de una colina. Imaginemos que la colina incluso tiene una forma que corresponde a [matemática] 1 / r ^ 2 [/ matemática], cada vez más empinada cerca del agujero en el medio, para que reproduzca el comportamiento de la repulsión de Coulomb.

Intenta alcanzar el agujero en la parte superior, o al menos acercarse lo más posible. Imaginemos que intentas golpear siempre la pelota con una cierta fuerza, dando a cada intento consecutivo aproximadamente la misma energía. ¿Dónde tiene que apuntar para acercarse lo más posible al hoyo? ¿Crees que hace la diferencia si apuntas directamente o pateas en otra dirección? ¿Puedes ganar el juego incluso si no apuntaste con la cabeza en el hoyo (o cerca de él)?

Imagina las bolas rodando colina arriba. Si la pelota es pateada no directamente en el poste, podría rodar un poco hacia arriba, pero luego se desviará y rodará nuevamente bajo un ángulo. Cuanto mejor apunte al hoyo, más alta rodará la pelota en la colina y también mayor será el ángulo de desviación. En algún momento lo impulsará directamente en la dirección del agujero. ¡Esa es la única forma de llegar a la cima de la colina! Eso es lo más cerca que puedes estar. Cualquier otra dirección y la echas de menos.

Alternativamente, puede resolver las matemáticas de la dispersión de Rutherford y descubrir también cuantitativamente lo que sucede (cualitativamente será lo mismo).

Espero que esto haya ayudado.

Pregunta originalmente respondida: ¿Cómo puede una cabeza en partículas alfa aproximarse más al núcleo de un átomo que otras partículas alfa?

Con respecto al experimento de Rutherford, no entiendo por qué una cabeza de partícula alfa se acerca más a los núcleos que otras partículas alfa con la misma energía cinética. ¿No se desviaría la cabeza de la partícula alfa antes porque está más cerca del núcleo, por lo que siente una mayor repulsión?


En los detalles de tu pregunta, literalmente escribes ” la partícula alfa se desvía antes porque está más cerca del núcleo ” y ahí está tu respuesta.

Para sentir esa fuerza mayor, en realidad necesita estar más cerca. Si no estuviera más cerca, no sentiría una fuerza mayor. Esto establece que una partícula en la partícula debe estar al menos tan cerca como otras partículas.


Eso, por supuesto, aún nos deja con la razón por la que realmente debería acercarse, lo que también se entiende fácilmente.

Se nos da que la energía cinética para las partículas es la misma. También sabemos que sus masas son iguales. Pero eso significa que sus momentos también son iguales en magnitud.

Ahora, el momento es una cantidad vectorial. Es decir, se caracteriza, no solo por una magnitud, sino también por una dirección. Para cualquier partícula dada, este vector de momento puede descomponerse en un componente en la dirección de nuestra partícula objetivo, y un componente ortogonal a esa dirección. El hecho importante aquí es que el impulso hacia la partícula objetivo es mayor cuando todo el impulso está en esa dirección y nada en la dirección ortogonal.

Esto significa que la fuerza repulsiva también debe ser la mayor para reducir ese impulso a cero en el punto de aproximación más cercano. Esto se debe a que la fuerza se define como: [matemáticas] \ displaystyle \ mathbf {F} = \ frac {d \ mathbf {p}} {dt} [/ math]. Para experimentar realmente esta fuerza mayor, por lo tanto, debe acercarse .

Es más difícil empujar algo directamente hacia atrás que desviarlo hacia un lado.

De frente, el núcleo tiene que detener completamente la partícula alfa antes de que la partícula comience a alejarse, mientras que otras partículas alfa no necesitan reducir la velocidad tanto para desviarse.

Esto debería ser obvio si considera que casi no se requiere esfuerzo para desviar un paso de partículas alfa en la lámina de oro viajando a pocos metros de distancia. No se desvía en absoluto y, sin embargo, se pierde por completo.

De ello se deduce que cuanto más se acerca la muerte a la partícula alfa, más difícil es desviarla.

Aquí hay un argumento más corto. El único caso en el que KE cae a cero por un instante es el caso frontal en el punto de aproximación más cercana. Por lo tanto, PE es mayor en ese punto que en cualquier punto de cualquier otra trayectoria.

Lee tu propia pregunta cuidadosamente. Pregunta cómo puede acercarse cuando se repele con más fuerza porque está más cerca .