leis de conservação

Lei de conservação

Leis de conservação – Análise de dados usando gráficos – Histogramas – Unidades ou Vectores em Física de Partículas

Em toda a física existem apenas seis leis de conservação. Cada uma descreve uma quantidade que é conservada, ou seja, a quantidade total é a mesma antes e depois que algo ocorre. Estas leis têm a restrição de que o sistema é fechado, ou seja, o sistema não é afetado por nada fora dele.

Conservação da carga Conservação do momento Conservação da massa/energia

Conservação do momento angular Conservação do bariões Conservação dos leptões

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Vejamos as leis de conservação que você conhece da física clássica. Em seguida, vamos descrever duas leis de conservação da física das partículas.

Conservação da Carga
Esta é usada o tempo todo na química. A carga total no sistema é conservada.

NaOH + HCl ?
Na+OH- + H+Cl- Na+ Cl- + H+ OH- sal na água
1+ + 1- + 1+ + 1- = 0 = 0 + 0 Verifique esta interacção de partículas:
p+ + não p+ + p+
1+ + 0 1+ + 1+
1 2. Esta reacção não pode acontecer!

Conservação do Momemtum
Momemtum, p, (um vector) igual a massa, m, (um escalar) vezes velocidade, v, (um vector).

(p = m v)

Considerar uma colisão de carros de brinquedo:

Antes da colisão		Depois da colisão
m1 = 1 kg	m2 = 2 kg	m1 = 1 kg	m2 = 2 kg
v1 = +5 m/s	v2 = -5 m/s	v1′ = -3 m/s	v2′ = -1 m/s

Calcular a velocidade total e o momento total antes e depois da colisão. Lembre-se que v e p são vectores.

Antes da colisão		Após a colisão
m1 = 1 kg	m2 = 2 kg	m1 = 1 kg	m2 = 2 kg
Sv = +5 m/s + – 5 m/s = 0		Sv = -3 m/s + -1 m/s = -4
Sp = +5 kg m/s + -10 kg m/s = -5 kg m/s		Sp = -3 kg m/s + -2 kg m/s = -5 kg m/s

So, A velocidade total NÃO é conservada, mas o momento é!

Vejam estas faixas de partículas (calculadas por um computador) como um choque de elétrons e positrons. O que você conclui?

Antes:

Antes:
Parece que o momento não é conservado a menos que haja uma ou mais partículas invisíveis.

Nos anos 30, quando a conservação do momento parecia ser violada em tais eventos, os físicos de partículas perceberam que deve haver partículas invisíveis. Foi assim que os neutrinos foram inicialmente postulados, mas só foram descobertos muito mais tarde.

Conservação de Energia/Massa\\\\\\\\i
Considerar a seguinte reação:

po g g. Ou seja, po (pi-zero) decai em 2 fótons. No quadro de referência em que o po está em repouso, não há energia cinética inicial, mas como os fotões estão em movimento, há claramente energia cinética no estado final. Qual é a fonte desta energia? A massa do po foi convertida em energia cinética (KE). Em outras palavras, a massa é uma forma de energia, E = mc2, muitas vezes chamada de energia da massa do resto (RME). Agora, a conservação de energia toma a seguinte forma: KEi + RMEi = KEf + RMEf.

Neste exemplo KEi = 0. Nota, a energia potencial não precisa ser considerada porque os estados inicial e final são não-interactivos.

Conservação do Momento Angular
Momento Angular (L) envolve a posição da massa (R), assim como a sua velocidade angular, w.

L = m R v = I w

Como uma estrela cai (ou uma patinadora puxa nos braços), R fica menor, Se o momento angular é conservado, m ou v deve aumentar, quando R diminui. Aumentar v para uma patinadora no gelo é muito mais fácil do que aumentar m! Uma inrease em v permite conservar L.

m1 R1 v1= m2 R2 V2

Spin
Algumas vezes você ouve falar de “spin” de elétrons ou outras partículas.
Como podem partículas com “nenhuma dimensão” ter spin? E, como pode ser uma característica intrínseca? Afinal, uma bola de beisebol não mantém seu spin quando você a pega.

Scientific American’s Ask the Expert dá informações sobre spin e a história do seu nome.
IEEE’s The Quest for the Spin Transistor discute spin e conta sobre estudos mais recentes.

Conservação do número de bariões
Os bariões são hadrões (partículas compostas feitas de quarks) compostos de quaisquer três quarks. O número de bariões é conservado em uma reação. Você deve contar cada bariões como +1 e cada anti-bariões como -1. Os não bariões têm um número de bariões de 0,

p- + p+ no + p- + p+
Este é um evento observado que conserva tanto a carga eléctrica como o número de bariões.

p+ p+ + po
Esta carga conserva mas não o número de bariões, portanto não acontece.

Conservação do número de leptões
Existem seis leptões: três têm carga eléctrica e três, chamados neutrinos, não têm. O electrão é o leptão mais conhecido. O tau e o múon são os outros dois leptões carregados. Cada neutrino está associado a um dos leptões carregados.

Número de leptões também é conservado nas reacções. Novamente, os leptões têm número de leptões de +1, os antileptões de -1 e os não leptões de 0.

e+ + e-p+ + p-
Este é um evento observado que conserva tanto a carga elétrica quanto o número de bariões.

p-e- + g
Carga é conservada, mas o número de leptões não é. Não há leptões à esquerda, mas há um à direita. Isto não pode acontecer.

Em caso de dúvida, não existe nenhuma lei de conservação para o terceiro tipo de partículas, mésons, como p.