P ( Introdução à Física, J. Dias de Deus et al.)

Documentos relacionados
Problemas de Mecânica e Ondas MOAer 2015

Problemas de Mecânica e Ondas MEAer 2015 Série 10

Problemas de Mecânica e Ondas MOAer 2015 Série 8

Problemas de Mecânica e Ondas MOAer 2015 Série 7 P 7.1

Programa de Pós-Graduação Processo de Seleção 2º Semestre de 2018 Exame de Conhecimentos em Física. Candidato(a):

10ª Série de Problemas Mecânica e Ondas (Relatividade) MEBM, MEFT, LEGM, LMAC

Duração do exame: 3h 00min. Duração dos testes: 1h 30min. 1º teste: grupos 1 e 2 (20 valores) 2º teste: grupos 3 e 4 (20 valores) [10,0]

2ª. Prova de Física 1 FCM 0501 (Peso 0,35) 2013

8ª Série de Problemas Mecânica e Ondas (Relatividade) MEBM, MEFT e LMAC

11ª Série de Problemas Mecânica e Ondas (Relatividade) MEBM, MEFT, LEGM, LMAC

Mecânica e Ondas. Estudo experimental da dinâmica da Roda de Maxwell

Mecânica Clássica. (Notas de Aula) MÓDULO 6 (Dinâmica 3)

6 (FFC 2005) A velocidade escalar de um móvel, que percorre uma trajetória retilínea, varia

Problemas de Mecânica e Ondas MOAer 2015

Mecânica Clássica. (Notas de Aula) MÓDULO 4 (Dinâmica 1)

Breves noções de Mecânica Quântica

Problemas de Mecânica e Ondas MOAer 2015

Prova de Análise de Dados

Mecânica Clássica. (Notas de Aula) MÓDULO 5 (Dinâmica 2)

Física I. Curso: Engenharia Elétrica Prof. Rafael Augusto R de Paula

UNIDADE 6 Defeitos do Sólido Cristalino

4) Reobtenha e reanalise os resultados auferidos nos problemas nº 1, nº 2 e nº 3 quando (a) Z! Z!, (b)

LISTA DE EXERCÍCIOS Nº 1

Problemas de Mecânica e Ondas 11

INTRODUÇÃO À MECÂNICA ESTATÍSTICA

Fi ch a do p ro fe s so r

Prova de Recuperação de Física 1 FCM

Escola Secundária de Lagoa. Ficha de Trabalho 3. Física e Química A 11º Ano Paula Melo Silva Forças e Movimentos

Movimento Rotacional. Mecânica dos Sólidos Prof. MSc. Rafael Augusto R de Paula

COLÉGIO TERESIANO CAP/PUC 2ª SÉRIE / ENSINO MÉDIO / /2012. Aluno (a): N Turma: (A) (B) (C)

INTRODUÇÃO À MECÂNICA ESTATÍSTICA

Escola Secundária de Lagoa. Ficha de Trabalho 15. Chamadas de Atenção. Fórmulas Matemáticas. Exercícios

CURSO PRF 2017 FÍSICA. diferencialensino.com.br. Aula 001 Física 1

Instruções. Se o Caderno estiver incompleto ou contiver imperfeição gráfica que prejudique a leitura, peça imediatamente ao Fiscal que o substitua.

O som. Uma onda mecânica longitudinal

Resistência dos Materiais

Determinação da constante de ionização do ácido benzóico em água e numa mistura água/etanol

LISTA DE EXERCÍCIOS Nº 1

Gabarito. Velocidade (µmol/min)

Gabarito. b) Quantos mols de sítios ativos existem em 1 mg de enzima? Assuma que cada subunidade possui um sítio ativo.

Roteiro de estudos 2º trimestre. Matemática-Física-Química. Orientação de estudos

GRANDEZAS PROPORCIONAIS

Enquanto que para o potencial, função apenas das molas:

1) Verdadeiro ou falso:

Introdução à Cosmologia Física

INTRODUÇÃO. Caso esta dedicatória tenha sido lida até aqui, merece ainda mais admiração: parabéns, você vai longe!

OLGA COLOR, UMA DAS MAIORES FABRICANTES DE PERFIS DE ALUMÍNIO DO PAÍS.

Seja um corpo de massa m que se move em linha reta sob ação de uma força F que atua ao longo da linha.

Laboratório de Química Física Biológica 2012/2013. Índice TRABALHO PRÁTICO ÍNDICE... 2

DISCIPLINA DE MEDIDAS ELÉTRICAS

Teoria da Relatividade Restrita

Modelagem Computacional. Parte 4 2

Introdução à Física de Neutrinos sob uma ótica experimental

MATÉRIA E ANTIMATÉRIA NO UNIVERSO E O LHCb

Fı sica Experimental IV

Apresentações com base no material disponível no livro: Atkins, P.; de Paula, J.; Friedman, R. Physical Chemistry Quanta, Matter, and Change

SERVIÇO ESCOLAR DEPARTAMENTO CURRICULAR DE MATEMÁTICA E CIÊNCIAS EXPERIMENTAIS PLANO CURRICULAR DA DISCIPLINA FÍSICO-QUÍMICA 7.

Ou seja, sempre que a distância entre centro for d há colisão.

Problemas de Mecânica e Ondas 3

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE ECONOMIA, ADMINISTRAÇÃO E CONTABILIDADE DEPARTAMENTO DE ECONOMIA

CIRCUNFERÊNCIA: UMA PRÁTICA EM SALA DE AULA

Universidade Federal de Minas Gerais Colégio Técnico Plano de Ensino

Regulamentação para Consumidores de Baixa Tensão RECON-BT. Gerência de Engenharia e Expansão da Rede de Distribuição - DDE

COLÉGIO DE APLICAÇÃO DOM HÉLDER CÂMARA AVALIAÇÃO: EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES II

Colégio Santa Dorotéia

6. Solução de sistemas lineares

Estrutura da Matéria I

Instituto de Física. Experimento 11. Deflexão de feixe de elétrons - relação carga massa (e/m) 1. Descrição do experimento

PRINCÍPIOS MÉTODOS EM QUÍMICA MEDICINAL MÉTODOS EM QUÍMICA MEDICINAL.

PROPOSTA DE RESOLUÇÃO DA PROVA DE MATEMÁTICA A DO ENSINO SECUNDÁRIO (CÓDIGO DA PROVA 635) 1ª FASE 23 DE JUNHO

Exame de Ingresso ao PPG- AEM 2013/2sem

Nome : Assinatura : Data : 01/12/2015

Definição de fluido. Massa específica. Pressão em fluidos. Teorema de Stevin. Princípio de Pascal. Princípio de Arquimedes

Hewlett-Packard ESFERAS. Aulas 01 e 02. Elson Rodrigues, Gabriel Carvalho e Paulo Luiz Ramos

Hewlett-Packard ESFERAS. Aulas 01 e 02. Elson Rodrigues, Gabriel Carvalho e Paulo Luiz Ramos

PROPOSTA DE RESOLUÇÃO DA PROVA DE MATEMÁTICA A DO ENSINO SECUNDÁRIO (CÓDIGO DA PROVA 635) 1ª FASE 23 DE JUNHO Grupo I

Engrenagem Eletromagnética com Relação de Transmissão Discretamente Variável - Modelagem e Validação Experimental -

Propriedade dos materiais magnéticos

FACULDADE EDUCACIONAL DE MEDIANEIRA MISSÃO: FORMAR PROFISSIONAIS CAPACITADOS, SOCIALMENTE RESPONSÁVEIS E APTOS A PROMOVEREM AS TRANSFORMAÇÕES FUTURAS

lista de exercícios teoria da relatividade

Problemas de Mecânica e Ondas 10

BACHARELADO EM MODA HABILITAÇÃO EM DESIGN DE MODA

DIREITO ADMINISTRATIVO: Conceito e fontes do direito administrativo, Regime jur dico da administra o e princ pios, Administra o P blica

PROJETO FONTE CHAVEADA FORWARD

DINÂMICA MOLECULAR DE CRISTAIS IMPERFEITOS

Propriedades Magnéticas

QUESTÕES OBJETIVAS. O campo elétrico resultante, produzido por essas cargas no centro do quadrado, pode ser representado por:

JORGE REZENDE. O Grupo de Física-Matemática é financiado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia.

GELE-7183 Circuitos Integrados

Engenharia de Alimentos

grupoexatas.wordpress.com Dina mica Exercı cios Objetivos

Disciplina: FÍSICA Série: 1º ANO ATIVIDADES DE REVISÃO PARA A BIMESTRAL III ENSINO MÉDIO

Fı sica Experimental IV

A tabela apresenta o número de tiros que uma pessoa deu nos 5 dias que treinou em um clube de tiros.

Avaliação Professor. Grupo I. Os cinco itens deste grupo são de escolha múltipla. Para cada um deles, escolhe a única opção correta.

Transcrição:

Problemas de Mecânica e Ondas MEAer 2015 Série 11 P 11.1. ( Introdução à Física, J. Dias de Deus et al.) Uma nave, cujo comprimento em repouso é de 60 m, afasta-se de um observador na Terra (ver figura). A sua velocidade poderá ser determinada enviando um sinal luminoso da Terra que é reflectido de volta por dois espelhos colocados em cada uma das extremidades da nave. Começa-se por receber o sinal resposta (1), resultante da reflexão no espelho mais próximo do observador na Terra, seguido por um segundo sinal resposta (2) resultante da reflexão no espelho mais afastado. O segundo sinal é recebido pelo observador na Terra 1,74 µs depois da recepção do primeiro. a) A diferença de percurso entre o raio (2) e o raio (1) é igual ou diferente do dobro do comprimento da nave para o observador da nave? E para o observador da Terra? b) Qual é a velocidade da nave? c) A nave transporta um laboratório de Física onde se produzem mesões que se deslocam com uma velocidade de 0,999c em relação a esta. Qual a velocidade destes mesões em relação a um laboratório na Terra? d) Se tivesse usado a lei clássica de adição das velocidades, quanto obteria na alínea c)? Acha isso possível? P. 11.2. ( Introdução à Física, J. Dias de Deus et al.) No LEP (CERN em Genebra) são acelerados electrões que atingem um momento linear de cerca de 100 GeV/c (1 GeV/c = 5,34 10-19 kg.m.s -1 ). Os electrões são acelerados utilizando campos eléctricos e campos magnéticos com uma intensidade de 0,1 Tesla. O raio de curvatura em função da intensidade do campo magnético B é dado por R = " carga respectiva. em que p é o módulo do momento linear de uma partícula e q é a

a) A que fracção da velocidade da luz se deslocam esses electrões? Qual a sua energia? b) Poderá utilizar a expressão clássica mv para a energia cinética? Qual a razão entre E mc, sendo E o valor real da energia calculado em a), e o valor obtido por essa expressão clássica? c) Se o momento linear fosse dado pela expressão clássica, p = mv, qual seria o raio de curvatura do LEP? Compare com o valor real R 3 km (note que o acelerador não é rigorosamente circular incluindo troços lineares, perfazendo efectivamente um diâmetro total muito maior de cerca de 8,5 km). P. 11.3. ( Introdução à Física, J. Dias de Deus et al.) Um electrão e um positrão animados com uma velocidade de 0,99c colidem frontalmente. a) Pode obter-se como produto desta reacção um par protão-antiprotão? m "#$%ã = m "#$%&ã = 9,1 10 " kg; m "#$ã = m "#$%&'#ã = 1,67 10 " kg b) O electrão e o positrão (antipartícula do electrão) podem chocar dando origem a dois fotões (aniquilação). Qual é a energia de cada um dos fotões, supondo que o par electrão-positrão tem a energia dada na alínea a)? c) Qual é a massa inicial e final dos intervenientes no choque da alínea b)? (note que o fotão é uma partícula sem massa). Há conservação da massa em relatividade? P. 11.4. ( Exercícios de Física, A. Noronha, P. Brogueira) A descoberta da partícula J/ψ em 1974 foi uma autêntica revolução na Física de Partículas, com a confirmação do modelo de quarks. O J/ψ tem uma massa de aproximadamente 6,6 10 27 kg e um tempo de vida de cerca de 5 10 20 s (no seu referencial próprio). Considere um J/ψ que no laboratório tem uma velocidade tal que v = 0,9996c. a) Calcule, no laboratório, o momento linear e a energia desse J/ψ. Compare com os valores obtidos no referencial do centro de massa do J/ψ. b) Determine no laboratório, a distância percorrida por esse J/ψ antes de decair. c) Suponha que o J/ψ decai num par electrão e positrão (semelhante ao electrão com carga positiva). Que fracção da massa do J/ψ desaparece no decaimento? Porquê?

d) Determine, no referencial do centro de massa do J/ψ, o momento linear do electrão resultante do decaimento referido na alínea c). Para os cálculos, repare que as energias associadas à massa do electrão e do positrão são muito menores que as outras energias em jogo. P. 11.5. ( Exercícios de Física, A. Noronha, P. Brogueira) No Sol, milhares de toneladas de hidrogénio são convertidas em cada segundo, através de reacções de fusão nuclear, em hélio, protões e energia. Uma dessas reacções envolve dois núcleos de 3 (dois protões e um neutrão), dando origem a dois núcleos de Hélio e dois de hidrogénio. + + H + H a) Tendo em conta os seguintes valores para as massas m m m = 5,008237 10 " kg = 6,646483 10 " kg H = 1,673534 10 " kg calcule a energia libertada pela fusão de cada par de núcleos de em repouso. b) Suponha que, inicialmente, dois núcleos de se dirigem com uma velocidade de módulo 0,5c em relação ao respectivo centro de massa e que, depois da reacção, a velocidade de recuo do formado é de 0,3c. Qual a energia máxima transportada pelos dois núcleos de hidrogénio produzidos na reacção, em relação ao referencial do centro de massa? c) Calcule o módulo do momento linear de cada um dos átomos de hidrogénio (suponha que o choque não é frontal e que estes seguem com momentos de igual módulo). d) Com que ângulos são emitidos os dois átomos de hidrogénio em relação à direcção de recuo do (ver figura)?

Soluções: P 11.1. a) Diferença de percurso entre os dois raios de luz no referencial da nave: 𝑥 = 2ℓ𝓁. (ℓ𝓁 é o comprimento da nave no referencial da nave referencial próprio ). No referencial da Terra: 𝑥 = 2ℓ𝓁 + 𝑉 𝑡, porque, quando o raio é reflectido no 2º espelho, a nave deslocou-se de uma distância (adicional) 𝑉 𝑡 no referencial da Terra. b) 𝑥 = 2ℓ𝓁 + 𝑉 𝑡 𝑐 = 𝑐 𝑉 = ℓ𝓁 1 = ℓ𝓁 +𝑉 𝑐 𝑉 = ℓ𝓁 (a relação entre o comprimento da nave no referencial da Terra, ℓ𝓁, e no referencial próprio ℓ𝓁 corresponde ao fenómeno de contracção do espaço ). 𝑉= 𝑐 = 0,9𝑐 = 2,7 10 m/s com 𝛼 = ℓ𝓁 = 5,285 10 c) Velocidade da nave (relativa ao referencial da Terra): 𝑉 ; velocidade da partícula no referencial da nave 𝑢 = 0,999𝑐 Velocidade da partícula no referencial da Terra: 𝑢 = " = 0,9999𝑐 = 2,9998 10 m/s d) 𝑢 = 𝑉 + 𝑢 = 1,899𝑐 > 𝑐; Impossível. P 11.2. a) 𝑝 = 𝒎𝒗 𝒗𝟐 𝟏 𝟐 𝒄 𝒗 = 1 1,3 10 c ; 𝐸 = 1,602 10 J = 𝑚 𝑐 + 𝑝 𝑐 = 1,602 10 J 1,602 10 = 10 ev = 100 GeV 1,6 10" (1 ev = 𝑞"#$%ã 1 V = 1,6 10" J) b) = 4 10 () c) 𝑝 = 𝑚𝑣 𝑚𝑐 𝑅 = " " = 0,017m = 1,7 cm P 11.3. a) Não é possível a produção do par: 𝐸 = 2 64,5 10" 𝑐 J < 2 1,67 10" 𝑐 J b) 𝐸"#ã = 64,5 10" 𝑐 J c) 𝑚 = 2 9,1 10" kg ; 𝑚"#ã = 0 kg ; não. P 11.4. a) 𝑝 = ;𝐸 = No referencial do laboratório

𝑝 = 3 10" kg m s - 1 ; 𝐸 = 3 10 J No referencial do centro de massa (referencial próprio do J/ψ): 𝑝 = 0; 𝐸 = 𝑚𝑐 = 6 10" J b) Tempo de vida do J/ψ no referencial do laboratório: 𝑡 = 𝑡 𝑣 1 𝑐 𝑥 = 𝑣 Δ𝑡 = = 2,5 10" s 0,9996 𝑐 2,5 10" = 7,5 10" m c) Massa inicial: 𝑚 = 6,6 10" kg Massa final: 2 𝑚 = 18,2 10" kg Fracção da massa do J/ψ que desaparece no decaímento (transformada em energia): 𝑚 2𝑚 99,9% 𝑚 d) No referencial próprio do J/ψ (referencial do centro de massa) o electrão e o positrão têm momentos lineares de módulo idêntico e sinais contrários. 𝑝 = 𝑝 Ainda neste referencial da conservação da energia resulta: 𝑚 𝑐 + 𝑝 𝑐 + 𝑚 𝑐 + 𝑝" 𝑐 𝑚 𝑐 = 𝐸 + 𝐸 = Como a parte da energia dos electrões associada à massa é muito menor que a parte associada ao momento linear (verificar), temos: 𝐸 = 𝑚 𝑐 2 𝑝 ± 𝑐 Utilizando o valor de 𝐸 obtido na alínea a), temos: 𝑝 ± = 10" kg m 𝑠 P. 11.5. a) 𝐸 = 2 𝑚 3 𝑐2 𝑚 4 𝑐2 2 𝑚 1H 𝑐2 = 2,2923 10 b) No referencial do centro de massa 𝐸 = 𝑚 3 𝑐2, = 𝑚 3 𝑐2," = 1,049 10 J 29 2 𝑐 J = 2,063 pj

𝑚 4 𝑐2 𝐸 = 1 0,3𝑐 𝑐 𝐸 = 𝐸 𝐸"# = + 𝐸"# 𝑚 3 𝑐2 𝐸"# = 1,049 10, 𝑚 4 𝑐2, 6,646483 10 27 9 1016, = 4,139 10" J c) Se cada protão tiver momento com igual módulo, e atendendo à expressão 𝐸 = 𝑚 𝑐 + 𝑝 𝑐 Conclui-se que cada um dos protões terá a mesma energia: 𝐸 1H = "# = 2,07 10" J Resolvendo a equação anterior em ordem a p, temos: 𝑝= 𝑚 𝑐 =," "" "" 1,673534 10 27 2 9 1016 𝑝 = 4,733 10" kg m s - 1 d) Nas condições dadas no enunciado temos 𝛼 = 𝛽 (uma vez que os momentos dos núcleos de hidrogénio têm momentos lineares com o mesmo módulo, no referencial do centro de massa). 4 𝑝 4 = 2 𝑝 1H cos 𝛼 𝛼 = acos 4 1 H Com 𝑝 1H dado na alínea anterior. = acos,, 1 H = 48,5