Questões de Concurso sobre Física Moderna

Analise as figuras 1 e 2, que representam um experimento com fótons e um com elétrons, respectivamente.

-

Figura 1

após 21 fótons após 1000 fótons após 10000 fótons

Fonte: ZEMANSKY, SEARS. Física IV. 12ª ed. São Paulo: Pearson. 2008. p.207.

Figura 2

após 28 elétrons após 1000 elétrons após 10000 elétrons

Fonte: ZEMANSKY, SEARS. Física IV. 12ª ed. São Paulo: Pearson. 2008. p.226.

Na figura 1, os fótons foram individualmente emitidos em direção a um obstáculo no formato de dupla fenda. Na figura 2, os elétrons também foram emitidos individualmente em direção ao obstáculo no formato de dupla fenda.

A semelhança entre os padrões nas imagens obtidos demonstra que

Observe o gráfico abaixo que representa a predominância dos efeitos da interação de fótons com a matéria.

-

E(MeV)

--

Adaptado de: SÁ, José R.et al. Interação da Física das Radiações com o Cotidiano: uma prática multidisciplinar para o Ensino de Física. Revista Brasileira de Ensino de Física. São Paulo, v.39, n.1, 2017.

--

Considerando que os fenômenos mais comuns na interação de fótons com a matéria, na faixa de energia de 10 keV a 100 MeV, são os efeitos Rayleigh, fotoelétrico, Compton e da produção de pares elétronpósitron, é correto afirmar que

Um elétron, de massa m e carga q = -e, devido à atração coulombiana, fica em órbita circular ao redor de um próton em repouso. A massa e a carga do próton valem, respectivamente, M e Q = +e. De acordo com o modelo de Bohr, o elétron só pode ocupar órbitas nas quais o seu momento angular obedeça a equação abaixo:

$L=n\frac{h}{2\pi }$

onde h é chamada “constante de Planck” e n é um número inteiro (n = 1, 2, 3, ...), conhecido como “número orbital”. Adote k como a constante eletrostática do vácuo, v a velocidade do elétron e sua órbita e R o raio da órbita do elétron. Considerando-se o elétron na n-ésima órbita, ou seja, na órbita caracterizada pelo número orbital de valor genérico n, e desprezando-se a interação gravitacional entre o elétron e o próton, determine a energia total do sistema.

Acredita-se que a idade do Universo seja de t_U = 5.10¹⁷ s e que o tempo de vida de uma certa partícula elementar, denominada de múon, seja de t_M = 0,9 ms. Então, podemos afirmar que t_U/t_M vale, aproximadamente:

Um átomo excitado pode emitir energia na forma de radiação eletromagnética. Analise as informações abaixo em relação a este fenômeno:

I) Para que haja emissão de energia, é preciso que um dos elétrons seja arrancado do átomo.

II) Para que haja emissão de energia, um dos elétrons tem que se deslocar para um nível de energia mais baixo.

III) A frequência da energia emitida só depende da órbita do elétron.

Assinale a alternativa CORRETA:

Com um certo material, cujas camadas atômicas interdistam de uma distancia d, interage um feixe de radiação que é detectado em um ângulo θ conforme a figura. Tal experimento é realizado em duas situações: (I) o feixe é de raios X monocromáticos, com sua intensidade de radiação medida por um detector, resultando numa distribuição de intensidade em função de θ, com valor máximo para θ = α, e (II) o feixe é composto por elétrons monoenergéticos, com a contagem do número de elétrons por segundo para cada ângulo medido, resultando no seu valor máximo para θ = β. Assinale a opção com possíveis mudanças que implicam a alteração simultânea dos ângulos α e β medidos.

Ao tentar solucionar a discrepância entre teoria e experiência , para a questão da radiação de um corpo negro, o físico Max Planck obteve uma expressão para densidade de energia que se baseava fortemente no conceito de quantização do(a):

Desde o modelo atômico de Bohr, outros conceitos de átomo contribuem para estabelecer um modelo atômico condizente com os fenômenos observados.

-

Nesse percurso, a compreensão atual do átomo constitui

Em 1905, Albert Einstein explicou o efeito fotoelétrico que acontece quando a luz é incidida sobre a superfície de um metal e a partir disto elétrons são emitidos da superfície. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é dada por Ec= hf – W, onde h é a constante de Planck, f é a frequência da luz emitida e W é uma quantidade de energia chamada de função trabalho. Analise as seguintes informações abaixo sobre o efeito fotoelétrico.

I) Quando a intensidade da luz emitida na superfície aumenta, a energia cinética máxima dos elétrons arrancados também aumenta.

II) A função trabalho W é a menor energia que o elétron tem que adquirir para ser arrancado do metal.

III) Para um dado metal, o efeito fotoelétrico acontece independente da frequência da luz que incide sobre o metal.

Assinale a alternativa CORRETA.

Considere dois feixes monocromáticos da região espectral do visível, sendo o primeiro com comprimento de onda ($\lambda$₁) de 638 nm, e o segundo ($\lambda$₂) de 510 nm.

Quando são comparados, conclui-se que a radiação do primeiro, em relação à do segundo, tem maior

Ao final do século XIX, a Física Clássica mostrou-se insuficiente em descrever quantitativamente e qualitativamente alguns fenômenos. Isto motivou a busca por novas teorias, proporcionando o surgimento, por exemplo, da Mecânica Quântica. Neste contexto, analise as afirmativas, identificando com “V” as VERDADEIRAS e com “F” as FALSAS, assinalando, a seguir, a alternativa CORRETA, na sequência de cima para baixo:

( ) A lei de Wein estabelece que para cada temperatura existe um comprimento de onda para o qual a intensidade da radiação emitida é máxima. Ela fornece resultados compatíveis com o espectro de emissão de radiação de corpo negro na região de pequenos comprimentos de onda.

( ) O resultado que ficou conhecido como catástrofe ultravioleta refere-se à equação de Rayleigh, que concordava com o espectro de emissão de radiação de corpo negro para frequências maiores, enquanto que para as frequências menores tendia ao infinito.

( ) A catástrofe ultravioleta somente foi solucionada pelo físico teórico Max Planck através de seu postulado de quantização de energia: “Um oscilador de frequência ν só poderia emitir ou absorver energia em múltiplos inteiros de um ‘quantum de energia’.”

( ) Na teoria de Planck a quantidade mínima de energia emitida, chamada de quantum, é dada por hν, onde ν é a frequência de radiação e h é uma nova constante universal, a constante de Planck.

( ) Os “pacotes de energia” podem assumir valores dados por E = nhν, onde ν é a frequência de radiação, h é a constante de Planck e n é um número inteiro positivo par (0,2,4,6,...).

A partir do primeiro e do segundo Postulados de Bohr, obtém-se uma expressão para o raio das possíveis órbitas circulares dos elétrons de um átomo constituído de um núcleo de carga “+e” massa “M”, e um único elétron de carga “-e” e massa “m”. Sendo “ε₀” a constante de permissividade do vácuo, “n” o número quântico e “h” a constante de Planck, esta expressão pode ser representada por:

Quando dois tipos distintos de radiação ionizante são absorvidos por um ser vivo, liberando a mesma quantidade de energia, os efeitos biológicos sobre o indivíduo podem ser bem diferentes, a depender do tipo de radiação ionizante em uso. Neste caso, define-se o conceito de dose equivalente como sendo o produto da dose absorvida pela RBE, a eficiência biológica efetiva (RBE = relative biological effectiveness). A unidade de dose equivalente no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o:

Radionuclídeos são isótopos de um determinado elemento químico que sofrem um processo espontâneo de decaimento ou desintegração nuclear pelo qual emitem uma ou mais partículas radioativas e se transformam em um nuclídeo diferente. Existem duas medidas principais do tempo de sobrevivência de um tipo particular de radionuclídeo. A meia-vida T1/2 representa o tempo necessário para que __________; enquanto que a vida-média  representa o tempo necessário para que __________.

Assinale a alternativa na qual se encontram os itens que completam corretamente as lacunas acima

O número de átomos vizinhos a um átomo de referência (grandeza denominada de número de coordenação) e as distâncias entre eles dependem do tipo de rede cristalina. Quanto mais átomos em contato e quanto menor a distância entre eles, mais denso será o cristal. Entre as 14 redes cristalinas no espaço 3D, destacam-se três: CS = cúbico simples; CCC = cúbico com corpo centrado; e, CFC = cúbico com face centrada. A esse respeito, assinale a alternativa que apresenta os números de coordenação dessas redes cristalinas.

A medida padrão no Sistema Internacional (SI) de unidades para a dose de radiação absorvida por um indivíduo é o gray (Gy), sendo 1 gray equivalente a 1 Joule de energia de radiação ionizante absorvida por 1kg de massa irradiada. A esse respeito, assinale a alternativa correta.

A atividade radioativa de uma determinada amostra de material radioativo define-se como sendo o somatório das taxas de decaimento de todos os radionuclídeos presentes na amostra. A unidade padrão no Sistema de Unidades Internacional (SI) para a atividade de uma determinada amostra é o Becquerel (Bq), sendo 1 Bq igual a um decaimento por segundo, não importando o tipo de radiação ionizante que produziu o decaimento. Uma unidade de atividade radioativa mais antiga é o Curie (Ci). Qual a relação entre o Becquerel e o Curie?

Analise as seguintes afirmativas:

I. Quando um núcleo emite uma partícula alfa, o seu número atômico é reduzido em duas unidades se seu número de massa é diminuído em quatro. Então, a radiação alfa é constituída de 2 prótons e 2 nêutrons, sendo igual ao núcleo do hélio, e portanto deve sofrer um desvio de sua trajetória ao atravessar um campo elétrico.

II. A emissão beta é originária dos núcleos de átomos radioativos. Quando um núcleo emite uma partícula beta, o seu número atômico aumenta em uma unidade e não apresenta variação no número de massa. Isso porque um nêutron se desintegra, fornecendo um próton e um elétron. Esse elétron é emitido em altíssima velocidade, constituindo a emissão beta. Portanto, a trajetória de uma radiação beta não sofre qualquer desvio ao atravessar um campo elétrico.

III. Ao emitir radiações gama o átomo mantém tanto seu número atômico como o número de massa. As emissões gama são radiações eletromagnéticas e devido a sua enorme energia possuem a capacidade de penetrar profundamente na matéria, tendo, assim, um alcance superior às radiações alfa e beta.

Assinale a alternativa em que toda(s) a(s) afirmativa(s) está(ão) CORRETA(S):

A figura acima apresenta uma placa fotovoltaica em forma de hexágono sustentada por uma estrutura em forma de cubo, que pode girar em torno do eixo de rotação assinalado. Esta placa tem a capacidade máxima de 100 W de potência e sua tensão de saída é constante em 10 V. A potência máxima é atingida quando a radiação solar incide na placa perpendicularmente. Sabe-se que a radiação incide perpendicularmente à aresta $\overline{AB}$ e ao eixo de rotação (θ = 0 na figura). A maior inclinação θ que a estrutura cúbica pode sofrer, diminuindo a potência fornecida pela placa, e ainda assim permitindo que a mesma alimente um resistor de 2,5 Ω, é: