LEI DE NEWTON

Etapa1

1 INTRODUÇÃO.

A ETAPA 1 DE FISICA é constituída por um desafio, que consiste no aprimoramento no conhecimento fora do ambiente escolar, reforça o trabalho em equipe e faz com que o conhecimento quanto ao item abordado aumente.

2 2º LEI DE NEWTON.

Nesta etapa vamos aplicar a segunda lei de Newton que consiste na afirmação que um corpo em repouso necessita da aplicação de uma força para que ele possa se movimentar e que o corpo adquire velocidade e sentido de acordo com que esta força é aplicada.

DESAFIO

O Grande Colisor de Hádrons (em inglês: Large Hadron Collider - LHC) do CERN(Organização Européia para Pesquisa Nuclear), é o maior acelerador de partículas e o de maior a nossa compreensão, desde o minúsculo mundo existente dentro átomos até a vastidão do Universo. Durante os experimentos no LHC, dois feixes partículas viajam em direções opostas dentro de um anel acelerador circular, ganhando energia a cada volta. Quando esses feixes de altíssimos detectores procuram responder às questões fundamentais sobre as leis da natureza. O anel acelerador localiza-se em um túnel de 27 km de comprimento, situado a mais de 100 metros de profundidade. Ele é composto por imãs supercondutores e uma série de estruturas. Traduzido e Adaptado de de http://public.web.cern.ch/public/en/lhc/lhc-en.html (Acesso em 11 de dezembro de 2010).

Com dimensões gigantescas e temperaturas extremas, operar o LHC é um desafio para físicos e engenheiros. Para que os as partículas circulem através do anel, obtendo a energia desejada, Além disso, o LHC acelera as partículas do feixe a velocidades extremamente altas, que podem chegar a 99,99% da velocidade da luz. Sob tais velocidades, o sistema LHC deve ser estudado boa aproximação até um certo limite de velocidades do feixe de partículas.

Figura 1: Posição geográfica do Detector ATLAS no LHC.Figura 2: Detector ATLAS no LHC. Observe a dimensão do cientista comparada à dimensão.

Objetivo do desafio

O desafio será aplicar os conhecimentos de Física para estudar o movimento de alguns feixes de partículas do acelerador LHC, do laboratório CERN, próximo a Genebra, no qual o sucesso do experimento depende dos cálculos teóricos previamente efetuados.

ETAPA 1 (tempo para realização: 5 horas)

Aula-tema: Leis de Newton.

Essa etapa é importante para aprender a aplicar a segunda lei de Newton em casos reais em que a força resultante não é apenas mecânica, como um puxão ou empurrão, um corpo. No caso do acelerador LHC, os prótons no seu interior estão sujeitos a uma força elétrica. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo I

Supor um próton que voa no interior do anel do LHC, numa região que o anel pode ser aproximado por um tubo retilíneo, conforme o esquema da figura 3. Supondo ainda que nessa região, o único desvio da trajetória se deve à força gravitacional Fg e que esse desvio é corrigido