Atps Física 2

ETAPA 4 (tempo para realização: 5 horas)

Aula-tema: Conservação do Momento Linear.

Essa etapa é importante para aprender a determinar o centro de massa de um sistema

de partículas. Usar também os princípios de conservação da energia que ocorre a colisão

entre os dois feixes acelerados, uma série de fenômenos físicos altamente energéticos é

desencadeada.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Nesse e nos próximos passos, iremos trabalhar na condição em que os feixes possuem

velocidades de até 20% da velocidade da luz, para que possamos aplicar os cálculos clássicos

de momento. Determinar a posição do centro de massa do sistema composto por um feixe de

prótons (P) que irá colidir com um feixe de núcleos de chumbo (Pb), no interior do detector

ATLAS, supondo que ambos os feixes se encontram concentrados nas extremidades opostas

de entrada no detector, com uma separação de 46 m entre eles. O feixe de prótons possui

1 J 1015 prótons, enquanto o de chumbo possui 3 xJ1013 núcleos. Lembrar-se de que a massa

de cada núcleo de chumbo vale 207 vezes a massa de um próton.

Passo 2 (Equipe)

Calcular o vetor momento linear total p de cada feixe, sendo as velocidades escalares

vP = 6,00 x 107 m/s e vPb = 5,00 x 107 m/s e em seguida calcular o valor do momento linear

total P do sistema de partículas.

Passo 3 (Equipe)

Considerar agora que cada próton colide elasticamente apenas com um núcleo de chumbo,

sendo a velocidade de cada um deles dada no Passo 2. Nessa condição, um cientista

observou que após uma dessas colisões o núcleo de chumbo se dividiu em 3 fragmentos,

tendo o primeiro massa 107 vezes maior que a massa do próton e os outros dois massas

iguais, de valor 50 vezes maior que a massa do próton. Os dois fragmentos menores foram

observados em regiões diametralmente opostas no interior do detector ATLAS, cada um em

uma direção, formando um ângulo de 30 graus com a direção da reta de colisão, conforme

esquematizado na figura 6. Nessas condições, determinar quais são os módulos das

velocidades do próton, do fragmento maior e dos fragmentos menores de chumbo após a

colisão, sabendo que o módulo da velocidade dos fragmentos menores é igual ao dobro do

módulo