ATPS Física II - Cálculos Teóricos Baseados No Movimento De Partículas Sub-atômicas No LHC - Large Hádron Colider ( Grande Colisor De Hádrons )

BACHARELADO

ENGENHARIA DE AUTOMAÇÃOE CONTROLE

Disciplina de Física II

ATPS – Atividades Práticas Supervisionadas

Cálculos teóricos baseados no movimento de partículas sub-atômicas no LHC (Large Hádron Colider) – Grande Colisor de Hádrons

Emerson Alexandre Henrique – RA: 3786769233

Profº – Welington Luís de Campos

Bauru

2014

INTRODUÇÃO

Neste trabalho tenho como objetivo utilizar a segunda lei de Newton em uma situação real, com a finalidade de, calcular valores quando a força deixa de ser unicamente mecânica e assume naturezas diversas como num empurrão, ou força elétrica. É o caso do acelerador de partículas na finalidade de explicar diversas questões da física , onde feixes eletromagnéticos circulam em sentido oposto carregando micro partículas ganhando velocidade a cada volta, próximas á velocidade da luz.

Ante á isso, nesta etapa do trabalho esboça-se o diagrama de forças atuando sobre as partículas em questão e também confirmadas por meio de equações e dados importantes da atuação da física no processo do movimento e forças.

1.0 ETAPA 1 – 2ª LEI DE NEWTON

1.1 Desenvolvimento Passo 1:

Supondo-se que um próton voe no interior do LHC, numa região em que o anel se aproxime de um tubo retilíneo, conforme o esquema da figura 3. Supondo-se ainda que nessa região, o único desvio da trajetória se deva a força gravitacional Fg e que esse desvio é corrigido (ou equilibrado) a cada instante por uma força eletromagnética aplicada ao próton. Nessas condições, o esquema do diagrama de forças no desenho ficaria assim:

(Força Eletromagnética)

333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

Fg (força gravitacional) (Força Eletromagnética)

1.2 Desenvolvimento Passo 2:

Supondo que seja aplicada uma força elétrica Fe=1,00 N sobre o feixe de prótons. Sabe-se que em média o feixe possui um número total prótons. Se essa força elétrica é responsável por acelerar todos os prótons, qual é a aceleração que cada próton adquire, sabendo-se que sua massa é .

Atenção: Despreze a força gravitacional e a força eletromagnética.

Definições:

Fe = 1,00 N

n = (prótons)

logo então:

Resp:

1.3 Desenvolvimento Passo 3:

Se ao invés de prótons, fossem acelerados núcleos de chumbo, que possuem uma massa 207 vezes maior que a massa dos prótons. Determinar qual seria a força elétrica Fe necessária, para que os núcleos adquirissem o mesmo valor de aceleração dos prótons.

=

Resp:

1.4 Desenvolvimento Passo 4:

Considerar agora toda a circunferência do acelerador, conforme o esquema da figura 4.Assumindo que a força magnética Fm é a única que atua como força centrípeta e garante que os prótons permaneçam em trajetória circular, determinar qual o valor da velocidade de cada próton em um instante que a força magnética sobre todos os prótons é Fm = 5,00 N.Determinar a que fração da velocidade da luz (c = ) corresponde esse valor de velocidade.

Resp:

2.0 ETAPA 2 – FORÇAS ESPECIAIS

2.1 Desenvolvimento Passo 1:

Sabe-se que no interior do tubo acelerador é feito vácuo, ou seja, retira-se quase todo o ar existente no tubo. Isso é feito para impedir que as partículas do feixe se choquem com as partículas. Supor um cientista que se esqueceu de fazer vácuo no tubo acelerador. Ele observa que os prótons acelerados a partir do repouso demoraram 20 μs para atravessar uma distância de 1 cm.

Determinar qual é a força de atrito FA total que o ar que o cientista deixou no tubo aplica sobre os prótons do feixe, sabendo que a força elétrica Fe (sobre todos os prótons) contínua.