PUC-RS 2016 — questão 10 de Física

Gabarito DFísica moderna — quarks e a carga de prótons e nêutronsConcurso Vestibular · Verão

Enunciado da questão 10 de Física do PUC-RS 2016 — Enunciado — imagem da prova

Enunciado em texto

INSTRUÇÃO: Para responder à questão 10, considere as informações a seguir.

Em Física de Partículas, uma partícula é dita elementar quando não possui estrutura interna. Por muito tempo se pensou que prótons e nêutrons eram partículas elementares, contudo as teorias atuais consideram que essas partículas possuem estrutura interna. Pelo modelo padrão da Física de Partículas, prótons e nêutrons são formados, cada um, por três partículas menores denominadas quarks. Os quarks que constituem tanto os prótons quanto os nêutrons são dos tipos up e down, cada um possuindo um valor fracionário do valor da carga elétrica elementar e (e = $1{,}6 \times 10^{-19}$ C). A tabela abaixo apresenta o valor da carga elétrica desses quarks em termos da carga elétrica elementar e.

	Quark up	Quark down
Carga elétrica	$\frac{+2}{3}\,e$	$\frac{-1}{3}\,e$

Assinale a alternativa que melhor representa os quarks que constituem os prótons e os nêutrons.

(A) Próton: up; up; down; nêutron: up; up; up.

(B) Próton: down; down; down; nêutron: up; down; down.

(D) Próton: up; up; down; nêutron: up; down; down.

(E) Próton: up; down; down; nêutron: down; down; down.

(Enunciado: Concurso Vestibular PUC-RS 2016 (Verão) — PUCRS.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS).

Resolução comentada

O que a questão pede: a combinação de três quarks que dá a carga do próton (+e) e a do nêutron (zero).

Passo 1 — próton, carga +e. Testando duas up e uma down:

$\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$

Carga +e: é o próton (uud).

Passo 2 — nêutron, carga zero. Uma up e duas down:

$\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$

Carga zero: é o nêutron (udd).

Conferindo as outras combinações: uuu = +2e, ddd = −e e udd = 0, de modo que (A), (B), (C) e (E) dão cargas erradas para o próton ou para o nêutron.

⚠️ A armadilha: a (C), que troca as duas composições: udd tem carga zero e não pode ser o próton.

A ideia em uma frase: a carga do hádron é a soma das cargas dos quarks: uud dá +e (próton) e udd dá 0 (nêutron).

Resposta: alternativa D (próton up; up; down — nêutron up; down; down).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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