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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 46 (2º semestre) da UFG 2009

2º semestre · Física: Fissão, fusão e energia nuclear

A matéria é constituída por átomos que, por sua vez, são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons. No Modelo Padrão proposto por Murray Gell-Mann em 1963, os prótons e os nêutrons são formados por um conjunto de partículas ainda menores, os quarks. Há seis tipos de quarks: up, down, charm, strange, top e bottom. Os prótons e os nêutrons são constituídos somente por quarks up de carga (2/3)e e quarks down de carga -(1/3)e sendo e o módulo da carga fundamental. Apesar de suas cargas serem fracionárias, os quarks não são encontrados livres, logo a carga fundamental continua sendo e. Portanto, os prótons e nêutrons são constituídos, respectivamente, por

  1. A
    3 down e 1 down + 1 up.
  2. B
    3 up e 1 down + 1 up.
  3. C
    2 up + 1 down e 2 down + 1 up.
  4. D
    2 up + 1 down e 1 down + 2 up.
  5. E
    1 up + 2 down e 2 down + 1 up.
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Resolução comentada

Cada próton e cada nêutron é formado por 3 quarks, dos tipos up (carga +2e/3) e down (carga -e/3). A carga total é a soma das cargas dos três quarks.

O próton tem carga +e e o nêutron tem carga 0. Vamos testar as combinações possíveis.

  1. Próton com 2 up e 1 down:
2\cdot\frac{2e}{3}+\left(-\frac{e}{3}\right)=\frac{4e}{3}-\frac{e}{3}=\frac{3e}{3}=+e

Isso confere com a carga do próton.

  1. Nêutron com 1 up e 2 down:
\frac{2e}{3}+2\cdot\left(-\frac{e}{3}\right)=\frac{2e}{3}-\frac{2e}{3}=0

Isso confere com a carga do nêutron.

Portanto, próton = 2 up + 1 down, e nêutron = 1 up + 2 down.

As alternativas trazem as composições em ordem (próton, nêutron). A única que tem 2 up + 1 down para o próton e 2 down + 1 up para o nêutron é a C.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • A3 down dá carga -e (não é próton) e 1 down + 1 up tem só 2 quarks, com carga +e/3.
  • B3 up dá carga +2e, e 1 down + 1 up tem só 2 quarks, com carga +e/3.
  • DO próton está certo, mas 1 down + 2 up dá carga +e, não 0, para o nêutron.
  • EInverte as composições: 1 up + 2 down para o próton dá carga 0 e 2 down + 1 up para o nêutron também dá 0; só o nêutron está certo.

Assunto: Fissão, fusão e energia nuclear.

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Ver como caiu na prova Questão 46 no caderno 1ª etapa da UFG 2009

Fonte: UFG 2009 · 2º semestre · 1ª etapa. Prova oficial ↗