Answer:
The value is ![R_f = \frac{4}{5} R](https://tex.z-dn.net/?f=R_f%20%3D%20%20%5Cfrac%7B4%7D%7B5%7D%20%20R)
Explanation:
From the question we are told that
The initial velocity of the proton is
At a distance R from the nucleus the velocity is
The velocity considered is ![v_2 = \frac{1}{4} v_o](https://tex.z-dn.net/?f=v_2%20%3D%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%20v_o)
Generally considering from initial position to a position of distance R from the nucleus
Generally from the law of energy conservation we have that
![\Delta K = \Delta P](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20%20K%20%20%3D%20%20%5CDelta%20P)
Here
is the change in kinetic energy from initial position to a position of distance R from the nucleus , this is mathematically represented as
![\Delta K = K__{R}} - K_i](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K%20%20%3D%20%20K__%7BR%7D%7D%20-%20%20K_i)
=> ![\Delta K = \frac{1}{2} * m * v_1^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_1%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2)
=> ![\Delta K = \frac{1}{2} * m * (\frac{1}{2} * v_o )^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%28%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%2A%20v_o%20%29%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2)
=> ![\Delta K = \frac{1}{2} * m * \frac{1}{4} * v_o ^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%2A%20v_o%20%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2)
And
is the change in electric potential energy from initial position to a position of distance R from the nucleus , this is mathematically represented as
![\Delta P = P_f - P_i](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20P%20%3D%20%20P_f%20-%20P_i)
Here
is zero because the electric potential energy at the initial stage is zero so
![\Delta P = k * \frac{q_1 * q_2 }{R} - 0](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20P%20%3D%20%20k%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR%7D%20%20-%200)
So
![\frac{1}{2} * m * \frac{1}{4} * v_o ^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2 = k * \frac{q_1 * q_2 }{R} - 0](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%2A%20v_o%20%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2%20%3D%20%20%20k%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR%7D%20%20-%200)
=> ![\frac{1}{2} * m *v_0^2 [ \frac{1}{4} -1 ] = k * \frac{q_1 * q_2 }{R}](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2Av_0%5E2%20%5B%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20-1%20%5D%20%20%3D%20%20%20k%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR%7D)
=> ![- \frac{3}{8} * m *v_0^2 = k * \frac{q_1 * q_2 }{R} ---(1 )](https://tex.z-dn.net/?f=-%20%5Cfrac%7B3%7D%7B8%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2Av_0%5E2%20%20%3D%20%20%20k%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR%7D%20---%281%20%29)
Generally considering from initial position to a position of distance
from the nucleus
Here
represented the distance of the proton from the nucleus where the velocity is ![\frac{1}{4} v_o](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20v_o)
Generally from the law of energy conservation we have that
![\Delta K_f = \Delta P_f](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20%20K_f%20%20%3D%20%20%5CDelta%20P_f)
Here
is the change in kinetic energy from initial position to a position of distance R from the nucleus , this is mathematically represented as
![\Delta K_f = K_f - K_i](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K_f%20%20%20%3D%20%20K_f%20-%20%20K_i)
=> ![\Delta K_f = \frac{1}{2} * m * v_2^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K_f%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_2%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2)
=> ![\Delta K_f = \frac{1}{2} * m * (\frac{1}{4} * v_o )^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K_f%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%28%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%2A%20v_o%20%29%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2)
=> ![\Delta K_f = \frac{1}{2} * m * \frac{1}{16} * v_o ^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20K_f%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%5Cfrac%7B1%7D%7B16%7D%20%2A%20v_o%20%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2)
And
is the change in electric potential energy from initial position to a position of distance
from the nucleus , this is mathematically represented as
![\Delta P_f = P_f - P_i](https://tex.z-dn.net/?f=%5CDelta%20P_f%20%20%3D%20%20P_f%20-%20P_i)
Here
is zero because the electric potential energy at the initial stage is zero so
So
![\frac{1}{2} * m * \frac{1}{8} * v_o ^2 - \frac{1}{2} * m * v_o^2 = k * \frac{q_1 * q_2 }{R_f }](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%5Cfrac%7B1%7D%7B8%7D%20%2A%20v_o%20%5E2%20%20-%20%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2A%20%20v_o%5E2%20%3D%20%20%20k%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR_f%20%7D)
=> ![\frac{1}{2} * m *v_o^2 [-\frac{15}{16} ] = k * \frac{q_1 * q_2 }{R_f }](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2Av_o%5E2%20%5B-%5Cfrac%7B15%7D%7B16%7D%20%5D%20%20%3D%20%20%20k%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR_f%20%7D)
=> ![- \frac{15}{32} * m *v_o^2 = k * \frac{q_1 * q_2 }{R_f } ---(2)](https://tex.z-dn.net/?f=-%20%5Cfrac%7B15%7D%7B32%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2Av_o%5E2%20%3D%20%20%20k%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR_f%20%7D%20---%282%29)
Divide equation 2 by equation 1
![\frac{- \frac{15}{32} * m *v_o^2 }{- \frac{3}{8} * m *v_0^2 } } = \frac{k * \frac{q_1 * q_2 }{R_f } }{k * \frac{q_1 * q_2 }{R } }}](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cfrac%7B-%20%5Cfrac%7B15%7D%7B32%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2Av_o%5E2%20%7D%7B-%20%5Cfrac%7B3%7D%7B8%7D%20%20%2A%20%20m%20%20%2Av_0%5E2%20%20%7D%20%7D%20%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7Bk%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR_f%20%7D%20%7D%7Bk%20%20%2A%20%20%5Cfrac%7Bq_1%20%2A%20q_2%20%7D%7BR%20%7D%20%7D%7D)
=> ![-\frac{15}{32 } * -\frac{8}{3} = \frac{R}{R_f}](https://tex.z-dn.net/?f=-%5Cfrac%7B15%7D%7B32%20%7D%20%2A%20%20-%5Cfrac%7B8%7D%7B3%7D%20%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7BR%7D%7BR_f%7D)
=> ![\frac{5}{4} = \frac{R}{R_f}](https://tex.z-dn.net/?f=%5Cfrac%7B5%7D%7B4%7D%20%20%3D%20%20%5Cfrac%7BR%7D%7BR_f%7D)
=> ![R_f = \frac{4}{5} R](https://tex.z-dn.net/?f=R_f%20%3D%20%20%5Cfrac%7B4%7D%7B5%7D%20%20R)