Estudando As Leis De Newton

ETAPA 1

Passo 1 - Suponha um próton que voa acelerado, pela força elétrica Fe, no interior do anel do LHC, numa região que o anel pode ser aproximado por um tubo retilíneo, conforme o esquema da figura 3. Suponha ainda que nessa região o único desvio da trajetória se deve a força gravitacional Fg, e que esse desvio é corrigido (ou equilibrado) a cada instante por uma força magnética Fm aplicada ao próton. Nessas condições, desenhe no esquema o diagrama das forças que atuam sobre o próton.

Passo:1

Passo 2 – Suponha 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 = 1×1015 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 × 10-24 g.

Atenção: Despreze a força gravitacional e a força magnética.

FE = 1N

n = 1.10 PROTONS

MP = 1,67. – 10 g = 1,67 . 10 kg

(n) = m . a

1 = 1,67. 10 . 1.10 a

1 = 1,67. 10 a

1 = a

1,67 . 10

0,599 . 10 = a

A = 5,99. 10 m/s

Passo 3 – 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.

R = m.a

FE = 207 . 1,67 . 10 . 10 . 5,99 . 10

FE = 2070,68 . 10

FE = 2070,68 = 207,068 n = 2,07068 . 10

10

Passo 4 - Considere agora toda a circunferência do acelerador, r=4,3km. Assumindo que a força magnética Fm é a única que atua como força centrípeta e garante que os prótons permaneçam em trajetória circular, determine qual o valor da velocidade de cada próton em um instante que a força magnética sobre todos os prótons é Fm = 5,00 N. Determine a que fração da velocidade da luz (c = 3,00 x 108 m/s) corresponde esse valor de velocidade.

F centrípeta= V_

2r

FM = 5 N

R = m . a

FCP =m . Acp

FCP = MV

2 R

5 = 1,67 . 10 . 10 . V

2.4300

5 . 2 . 4300 = V

1

1,67 . 10

V = 25.748,5 . 10

V = 25748,5 . 10

V = 160,46.10 m/s

V = 1,6046.10 m/s

1.2.3. Figura 2: Detector ATLAS no LHC.

Observe a dimensão do cientista comparada à dimensão do detector, que possui 46m de comprimento, 25m de altura, 25m de largura e um peso de 7000 toneladas. O detector ATLAS é o maior detector volumétrico de partículas já construído.

Fonte:(viveraciencia.wordpress.com)

O maior acelerador do mundo

O Grande Colísor de Hádrons (em inglês: Large Hadron Collider – LHC) no CERN (Organização Européia para Pesquisas Nuclear), é o maior acelerador de partículas e o de maior energia existente do mundo. Ele está situado em Genebra, cortando a fronteira entre a Suíça e a França: dois feixes de prótons colidiram a 7 trilhões de elétrons – volt no grande Colisór de Hádrons conforme anunciado por cientistas após a quebra de recorde de mais energia atingida por uma máquina do tipo.

O acontecimento marca uma nova era de pesquisas para os físicos que a partir do experiência puderam estudar melhor fenômenos e partículas até então hipotéticos.

[ ... O Grande Colisor de Hádrons (em inglês: Large Hadron Collider – LHC) no CERN (Organização Européia para Pesquisas Nuclear). (http://fotos.portalcab.comcab.com Fotos de dentro do LHC))...]

ETAPA 2

Forças Especiais: força gravitacional e força de atrito

Lei da Gravitação Universal

Passo 1 – Determine 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 tendo valor de 1,00 N.

T = 20 ns= 20 . 10 s

S = 10 m

S = So + VT + aT

2

10 = 0 + 0T + aT ( 20 . 10 )

2

20 = a 400 . 10

2 . 10 = a

40

a = 0,05 . 10 = 5.10 m/s

10

Fe = 1 n

N = 10 p FA 0 FE

Fr = m . a

Fe -FA = 1,67 . 10 . 10 . 5 . 10

1 – FA = 8,35 . 10 = 8,35 = 0,0835

100

1 – 0,0835 = FA

FA = 0,92 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. Nesse caso, determine qual é a leitura de aceleração que o cientista vê em seu equipamento de medição.

FA = 0,92 = 0,31 n

3

R = m