Questões de Concurso sobre Física Moderna

O cientista dinamarquês Niels Bohr, ao pesquisar sobre a estrutura do átomo, propôs, na primeira metade do século passado, três postulados acerca do assunto. Um desses postulados está corretamente enunciado a seguir:

O modelo atômico foi alvo de discussões ao longo dos anos até chegamos ao modelo aceito atualmente. Sobre os modelos atômicos, assinale a alternativa incorreta.

Suponha que você foi contratado para atuar como físico especialista em um serviço de radioterapia que foi inaugurado em janeiro de 2022. O serviço possui um acelerador linear que funciona com energia única de fótons, não realiza tratamentos de intensidade modulada (IMRT ou VMAT) e nem radiocirurgias. Quando iniciou suas atividades, em janeiro de 2022, você verificou que todos os instrumentos de medidas necessários para o funcionamento do serviço haviam sido calibrados em dezembro de 2021, seguindo as especificações da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). No que diz respeito à necessidade de calibração por vencimento de prazos, de acordo com a CNEN, Norma 6.10, assinale a alternativa que apresenta corretamente quais instrumentos de medida devem ser calibrados até dezembro de 2023.

Um elemento muito utilizado na reação de fissão nuclear é o urânio (U). Na reação a seguir, apresenta-se parte de uma das possíveis reações de fissão envolvendo o urânio-235, no qual um nêutron (n) foi utilizado para bombardear o átomo de urânio, gerando um átomo de bário (Ba) e outro de criptônio (Kr).

Entre as alternativas a seguir, assinale aquela que preenche corretamente as interrogações.

Acerca dos princípios da radioproteção, analise as afirmativas abaixo.

I. As doses individuais em trabalhadores e de indivíduos da população em geral, na unidade de dose equivalente miliSievert (mSv), não devem ultrapassar os limites primários de dose anuais da legislação vigente.

II. O princípio ALARA (As Low As Reasonably Achievable) está associado a limitação da dose.

III. Alguns dos danos somáticos causados pela exposição podem ser reversíveis, porém, os danos genéticos são cumulativos e irreversíveis

IV. Qualquer atividade envolvendo radiação deve ser justificada em relação a outras alternativas disponíveis, e ainda produzir um benefício compensatório significativo para a sociedade.

Estão corretas as afirmativas:

Entre as divisas da França e da Suíça, está localizado o Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN), onde se encontra o maior acelerador de partículas do planeta, o LHC. Sua circunferência é de 27 km e está localizado a 100 metros de profundidade. Considere um experimento em que uma partícula lançada nesse acelerador passa por um ponto de observação com velocidade angular de 2,0 x 10³ rad/s e, após transcorridos 3 s, ela passa por esse ponto com a velocidade de 8,0 x 10³ rad/s. Considerando π = 3 nessa questão, assinale a alternativa que apresenta corretamente a quantidade de vezes que essa partícula passa por esse ponto de observação durante os 3 s.

O isótopo de massa 238 do Urânio é um dos radioisótopos conhecidos que realiza uma série de decaimentos até atingir a configuração estável do elemento Chumbo de massa 206. Assim, um núcleo atômico, inicialmente de Urânio-238, até atingir uma configuração estável, emitirá uma quantidade de partículas alfa igual a:

O efeito Cherenkov é um fenômeno óptico que ocorre quando uma partícula carregada, como um elétron ou um próton, se move através de um meio material em uma velocidade maior do que a velocidade da luz nesse meio. Quando isso acontece, a partícula emite um cone de luz visível chamado de radiação Cherenkov.

Considere para a velocidade da luz no vácuo o valor de 300 mil km/s e para o índice de refração da água o valor de 1,33. Assinale a alternativa que apresenta a velocidade de uma partícula que emitiria a radiação Cherenkov ao se deslocar na água.

A teoria da relatividade contribuiu para formar uma imagem realística sobre a natureza física, em particular acerca das relações entre teoria, matemática e experiência.

Descoberto em 1935 por Arthur Jeffrey Dempster, o Urânio-235 é um isótopo de Urânio capaz de suportar uma reação de fissão nuclear. Para se ter uma reação nuclear desse tipo, é necessária uma quantidade mínima de material fissionável para iniciar a desintegração do núcleo atômico, denominada massa crítica. Além das propriedades nucleares, a massa crítica também depende das propriedades físicas do material, em particular, da densidade. Admitindo que a massa crítica e a densidade do urânio – 235 sejam, respectivamente, iguais a 50,0 kg e 19,0 g/cm³, pode-se afirmar que o raio de uma esfera desse isótopo que possui massa crítica vale, aproximadamente:

A Nasa (agência espacial dos EUA) anunciou, no início deste ano, a descoberta de um planeta com tamanho parecido com o da Terra e que pode ser habitável. Chamado de TOI 700, o planeta orbita a estrela anã TOI 700, em uma zona em que é possível haver água em estado líquido, crucial para a existência de vida como conhecemos. A estrela anã TOI 700 está localizada na constelação austral de Dorado, a 100 anos-luz de distância da Terra.

(Texto adaptado de https://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2023/01/novo-planeta-que-pode-ser-habitavel-e-descoberto-pela-nasa.shtml).

Embora a distância até o sistema TOI 700 seja impraticável de ser percorrida com a tecnologia atual, em filmes de ficção científica é comum a ideia de utilizar a dobra espacial para encurtar o tempo e a distância das viagens espaciais. Considerando um cenário hipotético no qual uma espaçonave pudesse realizar o percurso em um intervalo de tempo de 20 anos contados a partir do referencial da espaçonave, podemos explorar a ideia da dobra espacial. Nesse contexto fictício, a dobra espacial permitiria encurtar o espaço-tempo e criar um "atalho" entre dois pontos distantes no espaço. Dada essa premissa, qual seria, aproximadamente, a velocidade necessária para a nave conseguir realizar essa proeza?

Muitos livros didáticos de física normalmente não abordam adequadamente a diferença entre medir e observar objetos em movimento relativístico em relação a um observador em repouso. Essa distinção é fundamental para compreender os efeitos visuais resultantes da teoria da relatividade restrita. Considere a seguinte situação, ilustrada na Figura 2: uma barra de espessura desprezível em relação ao seu comprimento L está fixa no sistema S' e orientada ao longo do eixo x', movendo-se na direção do eixo y com uma velocidade de módulo bc, sendo b uma constante menor do que 1 e c a velocidade da luz. Como não há movimento relativo entre S e S' na direção x, temos x = x' para qualquer instante t. A posição de um ponto qualquer da barra é medida e descrita pelo vetor r por um observador fixo em S e por r' por um segundo observador fixo em S'. As extremidades da barra estão situadas em x = x' = d e x = x' = d + L. Suponha que, em t = t' = 0, as origens dos sistemas S e S' coincidam (r₀ = r₀' = 0) e, neste instante, todos os pontos da barra passam pela ordenada y = 0, conforme medido por um observador em S. Assim, para t < 0, a barra estará com os valores medidos de y negativo, e para t > 0, estará com y positivo.

Figura 2

(Adaptado de: https://doi.org/10.1590/S1806-11172007000300007)

Com base nessa situação, assinale a alternativa que descreve a imagem vista por um observador situado no ponto r = (0, 0, h) para t = 0, momento em que a posição medida dos pontos da barra indica que y = y' = 0.

Sobre o Espalhamento Rayleigh, analise as afirmativas abaixo e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

( ) A secção de choque diminui com o aumento da energia.

( ) Não ocorre transferência de energia, exceto pela pequena parcela responsável pelo recuo do átomo a fim de garantir a conservação de momento no processo.

( ) A direção do fóton espalhado é, em geral, próxima à de incidência.

( ) A frequência de efeito depende do número atômico e da energia do fóton.

( ) Os ângulos de espalhamento são menores para energias menores.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo.

De acordo com a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), Norma 6.10, analise as afirmativas abaixo e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

( ) A documentação de proteção radiológica e o quadro para monitores individuais devem ser alocados em áreas livres.

( ) Os instrumentos de medição devem ser alocados em áreas supervisionadas.

( ) As salas de tratamento devem ser classificadas como áreas controladas.

( ) As salas de comando com painéis de controle de fontes de radiação devem ser classificadas como áreas livres.

( ) Os quartos especialmente preparados com blindagem, para internação exclusiva de pacientes com implantes temporários de fontes seladas de braquiterapia de baixa taxa de dose, devem ser classificadas como supervisionadas.

( ) Fontes emissoras de radiação beta, com atividade máxima de 370 MBq, podem ser mantidas, quando fora de uso, em áreas livres desde que estejam acondicionadas em blindagens adequadas, as quais devem ser guardadas e trancadas em armário de uso exclusivo, com identificação das fontes de radiação e com o símbolo internacional de radiação.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo.

Radiação é a propagação de energia através de partículas ou ondas. Referente ao tema, analise a segunda coluna em função da primeira, e assinale a alternativa que corresponde à sequência de respostas corretas (de cima para baixo).

I. Radiação não ionizante

II. Elementos radioativos

III. Radiação ionizante

IV. Radiação Alfa

V. Radiação eletromagnética

( ) É uma forma de energia que se propaga como combinação de campos elétricos e magnéticos, variáveis no tempo e no espaço, que viajam no vácuo ou no ar, à mesma velocidade da luz.

( ) É uma modalidade de radiação de baixa frequência e baixa energia, também denominada de campo eletromagnético, que se propaga através de uma onda eletromagnética, constituída por um campo elétrico e um campo magnético, podendo ser provenientes de fontes naturais e não naturais.

( ) Forma de radiação que carrega energia suficiente para ionizar os átomos, arrancando os elétrons mais próximos dos núcleos atômicos.

( ) Quando o número de prótons e nêutrons é elevado, o núcleo pode se tornar instável devido à repulsão elétrica entre os prótons, que pode superar a força nuclear atrativa.

( ) Os átomos são capazes de emitir radiação (alfa, beta e gama) de forma espontânea a partir de seus núcleos instáveis.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:

Partículas elementares são aquelas, como o próprio nome sugere, indivisíveis. Desde a era pré-cristã, acreditava-se que o átomo fosse a menor partícula da matéria. Apenas no final do século XIX, o físico inglês J. J. Thomson descobriu o elétron, a primeira partícula elementar.

Assim, é correto afirmar que

A noção de um elemento observador é crucial tanto na física quântica quanto na teoria da relatividade especial, de modo que, em ambas, o observador é concebido da mesma maneira.

Um elemento radioativo possui meia-vida de 4 anos.

Assinale a opção que indica o tempo decorrido para que uma amostra de atividade 2 Ci desse elemento se reduza a 0,25 Ci.

Assinale a alternativa que apresenta corretamente a definição do efeito Bystander radioinduzido.

A estrutura de níveis de energia vibracionais permitidos para uma molécula muitas vezes pode ser estudada experimentalmente analisando-se a interação da molécula com um elétron incidente. Uma medida deste tipo revela para uma certa molécula uma série de energias quantizadas. Os três primeiros termos de uma série de níveis de energia observados são 1,96 eV, 2,26 eV e 2,56 eV. Entre as opções abaixo, assinale aquela que apresenta um nível de energia compatível com esta série de energias quantizadas.