ATPS Física II Anhanguera

FACULDADES INTEGRADAS TORRICELLI - ANHANGUERA

FÍSICA II

ATPS

Guarulhos

2014

FACULDADES ANHANGUERA

ATPS FÍSICA

Engenharia Elétrica 3A

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 PASSO 2

2.2 PASSO 3

2.3 PASSO 3

3 ETAPA 2

3.1 PASSO 2

3.2 PASSO 3

3.3 PASSO 4

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

5 CONCLUSÃO

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1- INTRODUÇÃO

Neste trabalho vamos aplicar a 2º lei de Newton e também conheceremos a força elétrica Fe, força magnética Fm e aplicaremos a força gravitacional Fg, contudo veremos movimentos de prótons dentro do LHC e confirmaremos por meio de equações dados importantes da atuação da física nesse processo do estudo do movimento e força.

O Grande Colisor de Hádrons (em inglês: Large Hadron Collider - LHC) do CERN, é o maior acelerador de partículas e o de maior energia existente do mundo. Seu principal objetivo é obter dados sobre colisões de feixes de partículas, tanto de prótons a uma energia de 7 TeV (1,12 microjoules) por partícula, ou núcleos de chumbo a energia de 574 TeV (92,0 microjoules) por núcleo. O laboratório localiza-se em um túnel de 27 km de circunferência, bem como a 175 metros abaixo do nível do solo na fronteira franco-suíça, próximo a genebra na suíça.

Um dos principais objetivos do LHC é tentar explicar a origem da massa das partículas elementares e encontrar outras dimensões do espaço, entre outras coisas. Uma dessas experiências envolve a partícula bóson de Higgs. Caso a teoria dos campos de Higgs estiver correta, ela será descoberta pelo LHC. Procura-se também a existência da supersimetria. Experiências que investigam a massa e a fraqueza da gravidade serão um equipamento toroidal do LHC e do Solenoide de Múon Compacto (CMS). Elas irão envolver aproximadamente 2 mil físicos de 35 países e dois laboratórios autónomos — o JINR (Joint

Institute for Nuclear Research ) e o CERN.

Com base nessas informações podemos desenvolver nossos conhecimentos de Física para estudar o movimento de alguns feixes de partículas do acelerador LHC.

ETAPA 1

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.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

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 (ou equilibrado) a cada instante por uma força magnética Fm aplicada ao próton. Nessas condições, desenhar no esquema o diagrama das forças que atuam sobre o próton.

Força Magnética

Força Gravitacional

Figura 3: Próton voando no interior do tubo do LHC.

Passo 2 (Equipe)

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 n = 1x1015 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 mp = 1,67 .10-24 g.

Atenção: Desprezar a força gravitacional e a força magnética.

Dados.

Fe = 1,00 N

n = 1 . 1015 Prótons

mp = 1,67 . 10-24 g = 1,67 . 10-27 Kg

Desenvolvimento.

Mfeixe de prótons = nº prótons x mp (a massa do feixe de prótons vai ser igual ao número de prótons x a sua massa)

mfp = 1 . 1015 . 1,67 . 10-27

mfp = 1,67 . 10-12 Kg (massa do feixe de prótons)

Fe = m . a ( Força elétrica vai ser igual a massa x aceleração )

1 = 1,67 . 10-12 . a

a = 1 / 1,67 . 10-12

a = 0,599 . 10 -12

A = 5,99 . 10 -11 m/s2

Passo 3 (Equipe)

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.

m feixe de chumbo 207 . mfp ( A massa do feixe de chumbo é 207 vezes maior que a massa do feixe de prótons.) Sendo que a massa do feixe de prótons é : 1,67 . 10 -12

207 . 1,67 . 10-12 = 3,46 . 10-10 Kg

Sendo assim a massa do núcleo de chumbo é igual a: 3,46 .10–10 Kg .

Fe = m . a

Fe = 3,46 . 10-10 . 5,99 . 10 -11

Fe = 207,254 N

Passo 4 (Equipe)

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