ATPS DE FISICA 1 SEMESTRE ANHANGUERA

Desafio

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 dentro átomos até a vastidão do universo.

Durante os experimentos o 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.

Objetivos

O desafio será aplicar os conhecimentos de Física para estudar os movimentos de alguns feixes de partículas do acelerador LHC, do laboratório CERN, próximo a Genebra, no qual o sucesso do experimento depende dos cálculos teóricos previamente efetuados.

Etapa 1

Passo 1

Supor que um próton voa no interior do LHC, conforme figura acima. Nestas condições o único desvio será Fg e Fm conforme diagrama abaixo:

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.

‘Fe=m.a

‘1=1,67x10E9 . a

‘a=598,8x10E15

A aceleração de cada próton é

‘a = 5,988x10E-7 (m/s²)

Passo 3

Se ao invés de próton, 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.

Fe=m.a

Mchumbo=1,67x10E-9 x 207

Mc=3,4569x10E-7 g

A força elétrica será:

Fe=3,4569x10E-7 x 598,80

Fe= 2,0699x10E-4 N

Passo 4

Considerar agora toda a circunferência do acelerador.

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.

Fc= (v².m)/R

V=3,588x10E6

C=3,00x10E8