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Aceleradores de partículas são ambientes onde partículas eletricamente carregadas são mantidas em movimento…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT203

Avaliar e prever efeitos de intervenções nos ecossistemas, e seus impactos nos seres vivos e no corpo humano, com base nos mecanismos de manutenção da vida, nos ciclos da matéria e nas transformações e transferências de energia, utilizando representações e simulações sobre tais fatores, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Aceleradores de partículas são ambientes onde partículas eletricamente carregadas são mantidas em movimento, como as cargas elétricas em um condutor. No Laboratório Europeu de Física de Partículas – CERN, está localizado o mais potente acelerador em operação no mundo. Considere as seguintes informações para compreender seu funcionamento: • os prótons são acelerados em grupos de cerca de 3000 pacotes, que constituem o feixe do acelerador; • esses pacotes são mantidos em movimento no interior e ao longo de um anel de cerca de 30 km de comprimento; • cada pacote contém, aproximadamente, 10¹¹ prótons que se deslocam com velocidades próximas à da luz no vácuo; • a carga do próton é igual a 1,6 × 10?¹? C e a velocidade da luz no vácuo é igual a 3 × 108 m × s?¹. Nessas condições, o feixe do CERN equivale a uma corrente elétrica, em ampères, da ordem de grandeza de: (UERJ 2016)

A) 10⁰
B) 10²
C) 10⁴
D) 10⁶

✅ Resposta correta: alternativa A

Resolução passo a passo

Calcule o número total de prótons no feixe. São 3000 pacotes com 10^11 prótons cada, logo N = 3000 x 10^11 = 3 x 10^14 prótons.
Calcule a carga total desse feixe. Q = N x e = 3 x 10^14 x 1,6 x 10^-19 = 4,8 x 10^-5 C.
Calcule o tempo que um pacote leva para dar uma volta completa no anel de 30 km, com velocidade igual à da luz. Converta 30 km para 3 x 10^4 m. Então t = 3 x 10^4 / 3 x 10^8 = 1 x 10^-4 s.
Corrente elétrica é a carga que atravessa um ponto por unidade de tempo, I = Q/t. Como todos os pacotes passam por um mesmo ponto do anel a cada volta de 10^-4 s, I = 4,8 x 10^-5 / 10^-4 = 0,48 A.
Para ordem de grandeza, 0,48 A fica entre 10^-1 e 10^0 e está mais próximo de 10^0 na escala logarítmica. Portanto a alternativa correta é A) 10^0, que coincide com o gabarito oficial.
Por que as outras estão erradas: B) 10^2 exige um valor de corrente cerca de 200 vezes maior, o que só ocorreria com um erro de potência de 10 no tempo ou na carga; C) 10^4 e D) 10^6 são ainda maiores e não resultam de nenhum cálculo correto com os dados do enunciado.

💡 Dica: Calcule a corrente elétrica usando carga, número de prótons e tempo.

Alternativa por alternativa

A Correta

CORRETA. O cálculo mostra que a corrente elétrica é da ordem de 1 ampère, pois a quantidade total de carga que passa por um ponto por segundo, considerando todos os pacotes de prótons circulando quase à velocidade da luz, resulta em uma corrente próxima a 1 A (10⁰).

B Erradaerro: Procedimentala que mais engana

O aluno provavelmente cometeu erro de conversão de unidades ou de potências de 10 ao calcular o tempo de volta do pacote, obtendo um intervalo cerca de 100 vezes menor do que o correto.

Por que engana: Confundir número de prótons com carga total ou esquecer de considerar o tempo na corrente.

C Erradaerro: Procedimental

O aluno provavelmente errou o expoente em alguma etapa, como na multiplicação dos 3000 pacotes pelos 10^11 prótons ou na divisão final pela duração da volta, chegando a um valor 10 000 vezes maior que o real.

D Erradaerro: Senso comum

O aluno se deixou levar pela ideia intuitiva de que um acelerador tão potente deveria gerar uma corrente enorme, sem fazer a conta de carga por tempo. Também pode ter confundido corrente com a carga total do feixe.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Aplicar

Leitura medio

Discriminação medio

Peso pedagógico medio

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade unica

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 progressao

🎯 Conceito central

corrente elétrica, carga, velocidade

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

carga elétrica elementar · corrente elétrica e tempo

📚 Reveja

Estude cálculo de corrente elétrica e carga elementar.

⚠️ Erro mais comum

Confundir número de prótons com carga total ou esquecer de considerar o tempo na corrente.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

tomada_decisao

🏫 Contexto

cientifico

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Cole o enunciado e veja a resolução passo a passo, a alternativa correta e por que as outras estão erradas.

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