colisão (5p)

01. (ENEM) “Quatro, três, dois, um... Vá!” O relógio marcava 9h32min (4h32min em Brasília) na sala de comando da Organização Européia de Pesquisa Nuclear (CERN), na fronteira da Suíça com a França, quando o narrador anunciou o surgimento de um flash branco nos dois telões. Era sinal de que o experimento científico mais caro e mais complexo da humanidade tinha dado seus primeiros passos rumo à simulação do Big Bang, a grande explosão que originou o universo. A plateia, formada por jornalistas e cientistas, comemorou com aplausos assim que o primeiro feixe de prótons foi injetado no interior do Grande Colisor de Hadrons (LHC – Large Hadrons Collider), um túnel de 27 km de circunferência construído a 100 m de profundidade. Duas horas depois, o segundo feixe foi lançado, em sentido contrário. Os feixes vão atingir velocidade próxima à da luz e, então, colidirão um com o outro. Essa colisão poderá ajudar a decifrar mistérios do universo.

CRAVEIRO, R. "Máquina do Big Bang" é ligada.

Correio Braziliense, Brasília, 11 set. 2008, p. 34.

(com adaptações).

Segundo o texto, o experimento no LHC fornecerá dados que possibilitarão decifrar os mistérios do universo. Para analisar esses dados provenientes das colisões no LHC, os pesquisadores utilizarão os princípios de transformação da energia. Sabendo desses princípios, pode-se afirmar que

(A) as colisões podem ser elásticas ou inelásticas e, em ambos os casos, a energia cinética total se dissipa na colisão.

(B) a energia dos aceleradores é proveniente da energia liberada nas reações químicas no feixe injetado no interior do Grande Colisor.

(C) o feixe de partículas adquire energia cinética proveniente das transformações de energia ocorridas na interação do feixe com os aceleradores.

(D) os aceleradores produzem campos magnéticos que não interagem com o feixe, já que a energia preponderante das partículas no feixe é a energia potencial.

(E) a velocidade das partículas do feixe é irrelevante nos processos de transferência de energia nas colisões, sendo a massa das partículas o fator preponderante.

Solução (em imagem JPG)

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02. Um próton (massa de 1 u.m.a) com uma velocidade de 500m/s colide elasticamente com outro em repouso. O próton original é espalhado a 60^o de sua direção original.

(a) Qual é a direção da velocidade do próton-alvo após a colisão?

(b) Quais são os módulos das velocidades dos dois prótons após a colisão?

Solução (em imagem JPG)

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03. Uma partícula e um próton movem-se numa mesma direção e em sentidos opostos, de modo que se aproximam uma da outra com velocidade que, enquanto a distância que as separa é ainda muito grande, são iguais em módulo a 100 m/s. Considere que a massa e a carga da partícula são iguais ao dobro dos valores correspondentes ao próton. Quais os valores finais das velocidades da partícula e do próton, supondo que houve colisão elástica?

Solução (em imagem JPG)

04. (Fórum PiR2) Uma bola de tênis de (pequena) massa m repousa sobre uma bola de basquete de (grande) massa M. A parte inferior da bola de basquete encontra-se a uma altura h do solo e tem um diâmetro igual a d.

Sabendo que a colisão é elástica e que M é muito maior que m, determine a altura que a bolinha de tênis atingirá após a colisão, medida a partir do solo.

Solução (Google Docs)

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05. (UEFS) Uma esfera de massa m presa na extremidade de um fio, com 80,0cm de comprimento, após ser abandonada da posição mostrada na figura, choca-se frontalmente com outra esfera de mesma massa, a qual, depois de deslizar no plano horizontal de atrito desprezível, choca-se frontalmente com outra esfera de massa quatro vezes maior.

Desprezando-se a resistência do ar e o efeito da rotação, considerando-se os choques perfeitamente elásticos, o módulo da aceleração da gravidade como sendo 10,0m/s2, após as colisões, o módulo da velocidade da esfera mais pesada, em m/s, é igual a

a) 1,0
b) 1,6
c) 2,0
d) 3,4
e) 4,0

Solução (Google Docs)

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Colisões ou choques. Choque oblíquo. Colisão oblíqua. Colisão perfeitamente elástica. Colisão elástica. Colisão inelástica. Impulso. Momento linear ou quantidade de movimento. Energia cinética. Coeficiente de restituição. Colisões em duas dimensões.  Equação de Torricelli. Queda livre.