Acelerador De Particula

Introdução:

O presente trabalho refere se ao fruto de pesquisa em grupo sobre 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 dentre átomos até a vastidão do Universo.

Durante os experimentos no LHC, dois feixes de 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.

Este Anel acelerador e localizado em um túnel de 27 Km de comprimentos, situado a mais de 100 metros de profundidade. Ele e composto por dois imãs supercondutores e uma série de estruturas. Traduzido e adaptado de http:// public.web.cern.ch/public/em/lhc/lhc-em.html. (Acesso em 11 de dezembro de 2010). Segundo a Atps.

O LHC e considerado um desafio para físicos e engenheiros, que será provado através de dimensões gigantescas e temperaturas extremas, o LHC irá acelerar as partículas do feixe a velocidades altas que podem chegar perto da velocidade da luz, onde estudaremos um aproximação até um certo limite de velocidade do feixe de partículas.

Sumário:

Etapa 1.......................................................................................................1

Aula tema: Leis de Newton.......................................................................1

Passo 1.......................................................................................................1

Diagrama das forças .................................................................................1

Passo 2.......................................................................................................2

Passo 3.......................................................................................................3

Conclusão/ relatório (grupo)......................................................................4

Relatório manuscrito (Alexandre).............................................................5

Relatório manuscrito (Jefferson)...............................................................6

Relatório manuscrito (Thiago)...................................................................7

Etapa 1

Leis de Newton.

Nesta etapa aprendemos a aplicar a segunda lei de Newton em um caso real em que a força resultante não é apenas mecânica, como um puxão ou empurrão, e um corpo. No caso do acelerador LHC, os prótons no seu interior serão sujeitos a um força elétrica:

Passo 1 (Equipe)

Suposição de um próton voando no interior do anel LHC, numa região que o anel pode ser aproximado por um tubo retilíneo conforme o esquema abaixo. Nesta região o único desvio de 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.

Fg

Fg

Figura 1: Próton voando no interior do tubo LHC.

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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 = 1 x 1015 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 x 10-24 g.

-Desprezando a força gravitacional e a força magnética.

Fórmula:

F = m x a

Dados:

Fe = 1N

Np = 1 x 1015 prótons

Mp = 1,67 x 10-24g 1,67 x 10-27 kg a =?

Resolução:

F = m x a

1 = 1,67 x 10-27 x 1 x 1015 x a 1 = 1,67 x 10-12 x a

a = 1/1,67 x 10-12 = 1 x 1012/ 1,67 a = 5,99 x 1011 m/s2

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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. Determine qual seria a força elétrica Fe necessária, para que os núcleos adquirissem o mesmo valor de aceleração dos prótons.

Fe = m x a

Fe = 207 x 1,67 x 10-12 x 5,99 x 1011

Fe = 207,01 N

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Conclusão parcial:

Neste trabalho abordamos a segunda lei de Newton, com estudos obtivemos conhecimento através da experiência do Grande Colisor de Hádrons (em inglês: Large Hádron Collider – LHC) do laboratório CERN (Organização Europeia para Pesquisa Nuclear) que é considerado o maior acelerador de partículas dentre átomo até a vastidão do mundo.

Tal experimento está sendo realizado para entender o surgimento do Universo e cooperar com o desenvolvimento da tecnologia e pesquisa tal como melhoramento da Internet.

Cumprimos todos atividades que nos foi proposta, utilizando os conhecimentos de física aprendidos em sala de aula com a segunda lei de Newton podemos calcular através da fórmula: F = m x a e com os dados fornecidos determinamos a aceleração dos prótons que resultou em a= 5,99 x 1011 m/s2, e na troca do elemento próton por chumbo com uma massa 207 vezes maior com igual aceleração descobrimos a sua força elétrica resultando em Fe = 207,01N.

Este trabalho foi muito importante para o nossa compreensão prática sobre as leis de Newton, o conhecimento obtido com a experiência do LHC nos trousse informações sobre o desenvolvimento em pesquisas feita por parte de cientista que irá agregar um grande valor em nosso conteúdo de aprendizado como futuros engenheiros.

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Etapa 2

Passo 1

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 1 x 1015 prótons) continua.

S = So + v x t + a x t2/2

10-2 = 0 +0 x 0 + a x (20 x 10-6)2 /2

2 x 10-2 = a x 400 x 10-12

2 = a x 400 x 10-10

1 = a x 2 x 10-10

a = 1 x 10-2/2 x 10-10

a = 0,5 x 108

a = 5 x 107 m/s2

Fe – Fat = 1,67 x 10 -12 x 5 x 107

1 – Fat = 8,35 x 10-5

Fat = 1 – 0,0000835

Fat ≅ 0,99 N

Passo 2

Quando percebe o erro, o cientista liga as bombas para fazer vácuo. Com isso ele consegue garantir que a força de atrito Fa seja reduzida para um terço do valor inicial. Neste caso, qual é a força de atrito

1/3 x Fat = Fat/3 = 0,33N

1 – 0,33 = 1,67 . 10-12 x a

0,67 = 1,67 x 10-12 x a

a = 0,67/1,67 x 10-12

a = 4 x 1011 m/s²

Passo 3

Para compensar seu erro, o cientista aumenta o valor da força elétrica Fe aplicada sobre os prótons, garantindo que eles tenham um valor de aceleração igual ao caso sem atrito passo 2 ETAPA 2). Sabendo que ele ainda está na condição em que a força de atrito Fa vale um terço do atrito inicial, determinar qual é a força elétrica Fe que o cientista precisou aplicar aos prótons do feixe.

Fe – Fat = m x a

Fe – 0,33N = 1,67 x 10-12 x 4 x 1011

Fe = 0,33 + 6,7 x 10-1

Fe = 0,67 + 0,33

Fe = 1N

Passo 4

Adotando o valor encontrado no passo 3, determinar qual é a razão entre a força Fe imposta pelo cientista aos prótons do feixe e a força gravitacional Fg, imposta pelo campo gravitacional.

Peso = m x g

P = 1,67 x 10-12 x 10

P = 1,6 x 10-11

.

Fe/P=1/(1,67×〖10〗^(-11) ) =6 × 〖10〗^10

Relatório de entendimento ETAPA 3