Em 1924, Louis de Broglie propôs uma ideia radical: se a luz – há muito entendida como uma onda – também poderia se comportar como partículas discretas (fótons), então a matéria, há muito entendida como partículas, também deveria ter uma natureza ondulatória. Esta calculadora aplica sua relação, λ = h/p, para encontrar o comprimento de onda da onda de matéria associada a qualquer objeto em movimento, desde um elétron subatômico até uma bola de beisebol lançada.

Como funciona a calculadora de comprimento de onda de Broglie

A calculadora implementa λ = h/p, onde h é a constante de Planck ep é o momento da partícula. Se você conhece massa e velocidade, o momento é simplesmente p = mv (a guia From Mass & Velocity). Se o momentum já for conhecido por outro cálculo, a guia From Momentum pula direto para λ = h/p. Se, em vez disso, você conhece a energia cinética - como quando um elétron foi acelerado através de uma voltagem conhecida - a guia From KE primeiro recupera o momento de p = √(2m·KE) e depois aplica a mesma fórmula.

Todas as três guias usam o valor exato CODATA da constante de Planck, h = 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s, fixado pela redefinição de 2019 do SI unidades básicas.

Entradas e o que elas significam

A massa é inserida em quilogramas — para partículas subatômicas isso significa números muito pequenos em notação científica (a massa de um elétron é 9,10938 × 10⁻³¹ kg), enquanto os objetos do dia a dia usam valores decimais comuns. A velocidade está em metros por segundo. O momento, quando inserido diretamente, é expresso em quilogramas-metros por segundo (kg·m/s). A energia cinética na guia De KE é inserida em elétron-volts (eV) em vez de joules, já que eV é a unidade padrão para energias em escala de partícula - 1 eV é a energia que um elétron ganha ao cruzar uma diferença de potencial de 1 volt, portanto, um elétron acelerado através de 100 V tem exatamente 100 eV de energia cinética.

Limites e casos extremos

A guia From KE usa a aproximação não relativística p = √(2m·KE), que é precisa desde que a energia cinética permaneça bem abaixo da energia da massa de repouso da partícula (511 keV para um elétron). Em velocidades relativísticas, esta fórmula simplificada subestima o momento e superestima o comprimento de onda – uma limitação compartilhada com a maioria dos cálculos de De Broglie de nível introdutório. A fórmula também assume uma partícula livre e sem interação; comprimentos de onda para partículas ligadas ou confinadas (como elétrons em um átomo) são um guia conceitual útil, mas requerem mecânica quântica completa para resultados exatos. Finalmente, para objetos macroscópicos, o comprimento de onda de De Broglie é tantas ordens de magnitude menor do que qualquer coisa fisicamente mensurável que o resultado é uma curiosidade matemática e não um efeito observável.