Leis de Newton

PRIMEIRA ETAPA

Aula Tema: Leis de Newton

Passo 1

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.

 

Passo 2

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 JJ10-24 g.

Atenção: Desprezar a força gravitacional e a força magnética.

F=m. a

Dados: Fe=1N

np=1.10^15prótons

Mp=1,67.10^-24g=>1,67.10^-27Kg

a=?

1=1,67.10-27x1.1015x a

a=5,99.1011

Passo 3

Se ao invés de prótons, fossem acelerados núcleos de chumbo, que possuem uma massa 207vezes 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.

Fe=m.a

Fe=207x1,67.10^-27x1.10^15x5,99.1011

Fe=2,07068.102N

Passo 4

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 centrípeta e garante que os prótons permaneçam em trajetória circular, determinar qual o valor da velocidade de cada próton em um instante que a força magnética sobre todos os prótons é Fm = 5,00 N.

Determinar a que fração da velocidade da luz (c = 3,00 x 108 m/s) corresponde esse valor de velocidade.

Fcp=m.V²2r

Dados:

Fm=5N

m=1,67.10^-27Kg

r=4.300m

V=?

Fcp=m.V²2r

5 = 1,67.10^-27 x 1015x V²2 x 4300

V²=8600x51,67.10-12

V²=430001,67.10-12

V²=25748,5¹²

V=160,46. 106 m/s

Elaborar um texto, contendo os 3 passos, este deverá ser escrito, obedecendo às regras de formatação descritas no item padronização e entregar ao professor responsável em uma data previamente definida.

Notamos na primeira parte que forças atuam em um próton, em seguida vimos o segundo passo onde aplicamos a força elétrica nos prótons e após os cálculos físicos percebemos a aceleração de cada próton que seria 5,99. 10m/s. No passo 3 os prótons foram substituídos por esferas de chumbo, alterando a massa, onde foi obtida uma nova força elétrica necessária para equiparar o valor de aceleração dos prótons. No caso 2,07068. Chegando ao passo 4 Depois de aplicado alguns cálculos físicos, chegamos á velocidade de 160,46.106m/s. Concluindo a primeira etapa da ATPS.

SEGUNDA ETAPA

Aula-tema: Forças Especiais.

Passo 1

Ler as seguintes considerações para este e os próximos passos:

Sabe-se que no interior do tubo acelerador é feito vácuo, ou seja, retira-se quase todo o ar existente no tubo. Isso é feito para impedir que as partículas do feixe se choquem com as partículas. Supor um cientista que se esqueceu de fazer vácuo no tubo acelerador. Ele observa que os prótons acelerados a partir do repouso demoraram 20 μs para atravessar uma distância de 1 cm.

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 1×1015 prótons) continua.

Dados:

T= 20

ns= 20.10-6s

S= 10m

Formula: S=So+V.t+ a2.t²

10=0+0t+ax(20.10-6)²2

a=20400.10-12

a=5.1010 m/s²

Dados:

Fe=1N

np=1.10^15