UNICAMP 2009 (2ª fase) — questão 11 de Física

Enunciado em texto
O fato de os núcleos atômicos serem formados por prótons e nêutrons suscita a questão da coesão nuclear, uma vez que os prótons, que têm carga positiva C, se repelem através da força eletrostática. Em 1935, H. Yukawa propôs uma teoria para a força nuclear forte, que age a curtas distâncias e mantém os núcleos coesos.
a) Considere que o módulo da força nuclear forte entre dois prótons é igual a vinte vezes o módulo da força eletrostática entre eles , ou seja, . O módulo da força eletrostática entre dois prótons separados por uma distância d é dado por , onde . Obtenha o módulo da força nuclear forte entre os dois prótons, quando separados por uma distância m, que é uma distância típica entre prótons no núcleo.
b) As forças nucleares são muito maiores que as forças que aceleram as partículas em grandes aceleradores como o LHC. Num primeiro estágio de acelerador, partículas carregadas deslocam-se sob a ação de um campo elétrico aplicado na direção do movimento. Sabendo que um campo elétrico de módulo age sobre um próton num acelerador, calcule a força eletrostática que atua no próton.
(Enunciado: Vestibular Unicamp 2009, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) a força nuclear forte entre dois prótons a m, que é 20 vezes a força elétrica; (b) a força elétrica sobre um próton num campo de N/C.
Item (a) — passo 1: a força elétrica. Repare que q e d têm a mesma mantissa, 1,6: a razão q/d vale exatamente C/m, o que simplifica a conta:
Item (a) — passo 2: a força forte.
Uma força de 1 800 N sobre uma partícula de massa da ordem de kg: é enorme.
Item (b) — força num campo elétrico.
Mais de vezes menor que a força nuclear, como o enunciado antecipava.
⚠️ A armadilha: no item (a), esquecer de elevar a distância ao quadrado, ou elevar só a mantissa. No item (b), dividir E por uma distância (confundir campo com força): a força num campo é simplesmente F = qE.
A ideia em uma frase: Coulomb dá a repulsão entre os prótons, a força forte é 20 vezes ela; e no acelerador a força é carga vezes campo.
Resposta: (a) N (com N); (b) N.
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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