Ciências da NaturezaFísica Moderna (Radioatividade, Relatividade e Física Quântica)Difícil

Questão de Física Moderna (Radioatividade, Relatividade e Física Quântica) — ENEM

Na fusão nuclear que ocorre no núcleo do Sol, quatro prótons (H-1) são convertidos em um núcleo de hélio-4 (⁴₂He), dois pósitrons (β⁺), dois neutrinos e energia. O hélio-4 tem massa ligeiramente menor que a de quatro prótons separados: m(4p) = 4 × 1,00728 u = 4,02912 u; m(⁴He) = 4,00150 u (u = 1,66 × 10⁻²⁷ kg; c = 3 × 10⁸ m/s; desprezando a massa dos pósitrons e neutrinos). Qual é a energia liberada por essa reação?
AE ≈ 4,1 × 10⁻¹² J
BE ≈ 4,1 × 10⁻¹³ J
CE ≈ 2,5 × 10⁻¹² J
DE ≈ 4,1 × 10⁻¹⁰ J
EE ≈ 4,1 × 10⁻¹⁴ J

Gabarito comentado

A fusão nuclear libera cerca de 10× mais energia por unidade de massa que a fissão. O Sol converte ~600 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio por segundo, com ~4 milhões de toneladas convertidas em energia pura (E = mc²). Reatores de fusão (como o ITER) buscam replicar esse processo na Terra como fonte de energia limpa e abundante.

Resolução passo a passo

Defeito de massa: Δm = 4,02912 − 4,00150 = 0,02762 u. Em kg: Δm = 0,02762 × 1,66 × 10⁻²⁷ = 4,585 × 10⁻²⁹ kg. E = Δm × c² = 4,585 × 10⁻²⁹ × 9 × 10¹⁶ ≈ 4,1 × 10⁻¹² J. A alternativa A (≈ 4,1 × 10⁻¹² J) corresponde ao resultado. B errou 1 ordem (usou c não c²). C tem Δm diferente. D é 3 ordens acima. E é 3 ordens abaixo.

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