Trabalho De Fisica

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 2

ETAPA 1 3

Passo 1 3

Passo 2 4

Passo 3 4

Passo 4 5

ETAPA 2 6

Passo 1 6

Passo 2 7

Passo 3 7

Passo 4 8

4. CONCLUSÃO 9

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 10

INTRODUÇÃO

Dado para nosso estudo como um desafio acadêmico as etapas um dois, três e quatro demonstraremos a aplicação do conhecimento de física para estudar alguns feixes de partículas de átomos do detector volumétrico ATLAS no LHC. Faremos uso das leis de NEWTON, em especial a segunda lei para mostrar que a força resultante não é apenas uma força de forma mecânica, como um puxão ou empurrão e sim, podendo ser causado por uma força elétrica.

No segundo momento faremos um estudo referente a forças especiais, neste caso, a força de atrito e força centrípeta. Onde mostraremos através de cálculos físicos que: a variação na força resultante sobre um sistema pode alterar as condições do movimento deste sistema.

Etapa 1

2.1. Passo 1

Suponha um próton que voa no interior do anel LHC, numa região que o anel pode ser aproximado por um tubo retilíneo, conforme esquema da figura 3. Supondo 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, desenhar no esquema o diagrama das forças que atuam sobre o próton.

2.2 Passo 2

Supondo que seja aplicada uma força elétrica Fe = 1,00N 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.

Despreze a força gravitacional e a força magnética.

Dados:

Fe = 1,00 N (força elétrica)

N= 1 x 1015 (número de prótons em um feixe)

Mp= 1,67 x 10-24 g. = 1,67 x 10-27 kg. (massa de um próton)

OBS: dividir por 1000 para transformar em KG.(massa do próton).

Fórmula: F= m.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 x10-12

a = 5,98 x 10-13 m/s2

2.3 Passo 3

Se ao invés de prótons fossem acelerados núcleos de chumbo, que possuem uma massa 207 vezes maior que a massa de prótons. Determinar qual seria a força elétrica Fe necessária, para que os núcleos adquirissem o mesmo valor de aceleração dos prótons.

Fórmula: F = m.a

F = m.a

Fe = 1,67 x 10-27 x 207 x 1 x 1015 x 5,98 x 10-13

Fe = 2,0672262 x 10-22 N

2.4 Passo 4

Considere agora toda a circunferência do acelerador, r = 4,3 m. 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 a este valor de velocidade.

Dados:

R = 4,3 Km (raio)

Fm = 5,00 N ( força magnética)

V = ?

Formulas:

Fcp = m x acp

Fcp = m.v2

R

5 = 1,67 x 10-27 x 1 x 1015 x ___V2__

2x 4.300

5 x 2 x 4300 = V2

1,67 x 10-12

V= √(25748,5x〖10〗^12 )

V= 160,46 x 106 m/s

V = 1,6046 x 108 m/s

3. Etapa 2

3.1 Passo 1

Sabe-se que no interior do tubo acelerador é feito vácuo, ou seja, retira-se quase todo ar existente no tubo. Isso é feito para impedir que as partículas do feixe se choquem com as partículas. Supor um cientista que esqueceu de fazer vácuo no tubo acelerador. Ele observa que os prótons acelerados a partir do repouso demoraram 20µs 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 aploca sobre os prótons do feixe, sabendo que a força elétrica Fe (sobre todos os 1 x 10-15 prótons) continua.

Dados:

T = 20 µs = 20 x 10-6s

Fe = 1 x 1015 (1 N)

S = 10 m

Fórmulas: