Como se justifica fisicamente que em um núcleo atômico haja a presença de partículas de mesma carga elétrica, isto é prótons?

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão pergunta como é possível que dentro de um núcleo atômico existam prótons, que são partículas com a mesma carga elétrica positiva. Isso envolve entender conceitos de física nuclear, especificamente as forças que atuam dentro do núcleo. Para resolver, vamos precisar falar sobre a força eletrostática (que faz prótons se repelirem) e a força nuclear forte (que mantém os prótons juntos no núcleo).

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que prótons têm carga elétrica positiva. Se tivermos dois prótons, eles vão se repelir por causa da força eletrostática, que pode ser calculada pela Lei de Coulomb:
Fe = ke q1 q2r^2
Onde:
  • Fe é a força eletrostática,
  • ke é a constante eletrostática,
  • q1 e q2 são as cargas dos prótons,
  • r é a distância entre eles.
Então, naturalmente, prótons querem se afastar uns dos outros.

Passo 3

Mas, dentro do núcleo, os prótons não se separam. Por quê? Aqui entra a força nuclear forte. Essa força é muito poderosa, mas age apenas em distâncias muito pequenas (da ordem de 10^-15 metros). Ela é responsável por manter os prótons e nêutrons unidos no núcleo, superando a repulsão eletrostática entre os prótons.

Passo 4

A força nuclear forte não distingue as cargas elétricas, ou seja, ela atrai tanto prótons quanto nêutrons. Essa atração é tão intensa que, mesmo com a repulsão eletrostática, os prótons permanecem juntos no núcleo.

Passo 5

Então, a justificativa física para a presença de prótons no núcleo, apesar de terem a mesma carga elétrica, é que a força nuclear forte é suficientemente intensa para superar a repulsão eletrostática entre eles, mantendo o núcleo estável.

Resposta

Em resumo, apesar da repulsão elétrica entre prótons, a força nuclear forte age no núcleo de forma a superar essa repulsão, permitindo que prótons coabitem no núcleo atômico de maneira estável.

Exercícios relacionados