The following expression shows how the charge, Q, on a parallel plate capacitor varies with time, t, connected in series with a resistance, R.

L'observation qu'une très petite fraction des particules alpha est déviée à de grands angles (plus de 90°) dans l'expérience de diffusion de Rutherford indique que la charge positive et la majeure partie de la masse de l'atome sont concentrées dans une région extrêmement petite et dense appelée le noyau.

Les particules alpha, étant chargées positivement, subissent une forte répulsion électrostatique lorsqu'elles s'approchent du noyau positif. Seules les particules qui s'approchent très près du noyau subissent une force de répulsion suffisamment forte pour être déviées à de grands angles ou même être réfléchies, tandis que la plupart des particules traversent l'atome sans déviation significative, ce qui suggère que l'atome est principalement constitué de vide.

b) Une particule alpha se déplaçant à une vitesse de $1,00 \times 10^4 \, \text{ms}^{-1}$ entre en collision frontale avec un proton stationnaire qui acquiert une vitesse initiale de $1,60 \times 10^4 \, \text{ms}^{-1}$ dans la même direction que la particule alpha.
Données :
Masse de la particule alpha ($m_\alpha$) = $6,64 \times 10^{-27} \, \text{kg}$
Masse du proton ($m_p$) = $1,66 \times 10^{-27} \, \text{kg}$
Vitesse initiale de la particule alpha ($u_\alpha$) = $1,00 \times 10^4 \, \text{ms}^{-1}$
Vitesse initiale du proton ($u_p$) = $0 \, \text{ms}^{-1}$
Vitesse finale du proton ($v_p$) = $1,60 \times 10^4 \, \text{ms}^{-1}$

b) (i) Qu'est-ce qu'une collision frontale ?
Une collision frontale est une collision où les centres de masse des objets qui entrent en collision se déplacent le long de la même ligne droite avant et après la collision. C'est une collision unidimensionnelle où l'impact est direct.

b) (ii) Quelle est la vitesse de la particule alpha immédiatement après la collision ?

La quantité de mouvement totale avant la collision est égale à la quantité de mouvement totale après la collision.

Substituer les valeurs connues :

Diviser tous les termes par $10^{-27}$ pour simplifier :

La vitesse de la particule alpha immédiatement après la collision est de $\boxed{\text{6,00} \times 10^3 \, \text{ms}^{-1}}$.

b) (iii) La collision est-elle élastique ou inélastique ?

Puisque $KE_{initial} = 3,32 \times 10^{-19} \, \text{J}$ et $KE_{final} = 3,32 \times 10^{-19} \, \text{J}$, l'énergie cinétique est conservée.
Par conséquent, la collision est élastique.