Questão 12

UNICAMP 2016

Física

(UNICAMP - 2016 - 2 fase - Questão 12)

Sabe-se atualmente que os prótons e nêutrons não são partículas elementares, mas sim partículas formadas por três quarks. Uma das propriedades importantes do quark é o sabor, que pode assumir seis tipos diferentes: top, bottom, charm, strange, up e down. Apenas os quarks up e down estão presentes nos prótons e nos nêutrons. Os quarks possuem carga elétrica fracionária. Por exemplo, o quark up tem carga elétrica igual a q_up = + 2 / 3e e o quark down q_down= – 1/3 e , onde e é o módulo da carga elementar do elétron.

a) Quais são os três quarks que formam os prótons e os nêutrons?

b) Calcule o módulo da força de atração eletrostática entre um quark up e um quark down separados por uma distância d = 0,2×10^–15 m. Caso necessário, use K = 9×10⁹ Nm²/C² e e = 1,6×10^–19 C.

Gabarito:

Resolução:

a) O próton tem carga +e , portanto a única forma de obtermos isso é se tivermos dois ups e um down, tal que:

$Q_{proton} = 2q_{up} + q_{down}$

$Q_{proton} = 2 cdot frac{2e}{3} - frac{1e}{3}$

$Q_{proton} = e$

Analogamente, o nêutron tem carga nula. A única forma disso acontecer é se:

$Q_{neutron} = q_{up} + 2q_{down}$

$Q_{neutron} = frac{2e}{3} - 2cdot frac{1e}{3} = 0$

b) Utilizamos a Lei de Coulomb:

$F = frac{kQq}{d^{2}}$

$F = frac{9 cdot 10^{9} cdot (frac{2}{3} cdot 1,6 cdot 10^{-19})cdot (frac{1}{3}cdot 1,6 cdot 10^{-19})}{(0,2 cdot 10^{-15})^{2}}$

$F = 1280 N$

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