Questões de Concurso sobre Física Moderna

A velocidade da luz independe do referencial adotado.

Suponha que você esteja vendo uma barra de 4 metros de comprimento passando com 80% da velocidade da luz no vácuo em relação a você.

Nessas condições a sua medida do comprimento da barra é de

Um dos radionuclídeos do Radônio é $\begin{array}{c}210\\ 86\end{array}Rn$ que decai emitindo partículas alfa (α) para um dos isótopos do Polônio.

Uma reação que representa esse processo de desintegração nuclear é dada por:

A consolidação definitiva da ideia do átomo veio ao final do século XIX, quando o avanço nos estudos da estrutura corpuscular da matéria trouxe evidências experimentais de resultados até então teóricos, surgindo à época alguns modelos que tentavam representar o átomo. Em relação a esses modelos atômicos clássicos são feitas as seguintes afirmações:

I. No modelo atômico de Bohr, a frequência da radiação eletromagnética assume valores discretizados, a qual está relacionada com a diferença entre as energias correspondentes a dois estados.

II. Considerando o modelo atômico de Rutherford, para o átomo de hidrogênio, podemos afirmar que a aceleração do elétron pode ser calculada por meio da expressão a = K∙q² ∙me${}_e^{-1}$, em que K é a constante eletrostática do meio, q é a carga elementar, e me é a massa do elétron.

III. No modelo atômico de Bohr, quando se analisa os níveis de energia, o estado estacionário é menos energético que o estado fundamental e que os estados excitados.

IV. A energia emitida pela radiação eletromagnética no modelo atômico de Rutherford é proporcional a hf, em que h é a constante de Planck e f é a frequência da radiação eletromagnética.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmação(ões)

A atividade de uma fonte radioativa decai com o tempo, seguindo a seguinte equação:

𝐴(𝑡) = 𝐴₀𝑒^−𝜆𝑡.

Onde 𝐴(𝑡) é a atividade num instante 𝑡, 𝐴₀ é a atividade inicial (em 𝑡 = 0) e 𝜆 é a constante de decaimento. Outra grandeza importante para classificar diferentes radioisótopos é o seu tempo de meia-vida (𝑡_1/2), que corresponde ao tempo necessário para que a atividade de um radioisótopo caia pela metade do valor inicial. Indique a relação entre 𝜆 e 𝑡_1/2.

O professor de Física da escola Educação Ativa realizou uma visita técnica com seus alunos ao Museu de Energia Nuclear da UFPE. Os estudantes tiveram uma aula diferenciada sobre Física Moderna. Um dos instrutores do museu explicou que a fissão nuclear é a quebra de um núcleo atômico instável por meio de um bombardeamento desse núcleo com nêutrons. Nesse processo, obtêm-se dois núcleos atômicos mais leves, dois ou três nêutrons e uma quantidade enorme de energia. A equação química a seguir foi mostrada em uma tela pelo instrutor e revelou a fissão do isótopo 235 do urânio, que origina núcleos de bário e criptônio.

${}_{92}^{235}U+{}_0^{1}n\to {}_{56}^{139}Ba+{}_{36}^{x}Kr+2{}_0^{1}n+Y$

O instrutor questionou aos estudantes qual seria o valor de x e o que aparecia no lugar da incógnita Y. Sendo assim, assinale a alternativa que apresenta corretamente o valor de X e o valor de Y.

O entendimento do efeito fotoelétrico, no início do século XX, desempenhou um papel crucial no desenvolvimento da teoria quântica e gerou avanços na compreensão da natureza elétrica da matéria.

O princípio fundamental do efeito fotoelétrico consiste na

As contribuições de Einstein para a ciência trouxeram uma grande quantidade de quebra de paradigmas na medida em que ele esteve envolvido diretamente no tratamento dos fenômenos que expuseram os limites de escala de validade da mecânica clássica (notadamente com respeito à cinemática, à mecânica e à gravitação, tendo ainda contribuição significativa na mecânica estatística e a descrição de fenômenos complexos como o movimento browniano).

Considere as afirmações a seguir que representam fenômenos experimentais que as contribuições Einstein estão relacionadas.

I. O tempo nos satélites de GPS passa de forma diferente que na Terra devido a velocidade e distância que orbitam. Para garantir a sua precisão de operação e funcionalidade é necessário a inclusão das correções relativísticas na contagem do tempo.

II. A descoberta de Urano só foi possível a partir dos cálculos da Relatividade Geral, que indicaram a posição do planeta a ser explorada pelos telescópios.

III. A cinemática relativística foi incorporada à teoria quântica moderna na medida em que elétrons em átomos pesados, principalmente em níveis eletrônicos mais profundos, podem apresentar valores altos para o momento.

IV. Einstein é famoso pelo desenvolvimento do chamado princípio de incerteza, que ficou conhecido pelo experimento do gato de Schroedinger - que guarda relação até mesmo com a promissora tecnologia dos computadores quânticos.

Dentre as alternativas, assinale aquela que corretamente identifica as afirmações que consistem de interpretações adequadas e que representam quebras de paradigma da produção científica vindos do trabalho de Einstein.

Entre o final do século XIX e o início do século XX, a teoria da relatividade e o início dos princípios que norteiam a Física Quântica deram início à Física Moderna.

Com base na Física Moderna, analise as afirmativas a seguir e assinale a única incorreta.

O defeito de massa de um átomo de Urânio-235 é igual a 1,915 u.m.a. Qual o valor da sua energia de ligação por nucleon? Dado que 1 u.m.a. = 931,5 MeV/c2.

Segundo a relatividade restrita, a energia total (E), o momento linear (p) e a massa de repouso (m) de uma partícula se relacionam por E² = (p.c)² + (m.c² )² , onde c é a velocidade da luz no vácuo. Especificamente para um fóton, a relação entre energia total e momento linear é:

Observe o texto:

“Estudos mostraram que a radiação alfa e feixe de nêutrons causam maior dano biológico para uma dada deposição de energia por kg de tecido do que a radiação gama.”

Adaptado de: radiation-dosimetry.org/

Uma grandeza dosimétrica, portanto, é utilizada para comparar doses de diferentes radiações para produzir o mesmo efeito biológico

O texto refere-se da grandeza:

Observe o texto:

“Para determinadas combinações de nêutrons e prótons, o núcleo é estável – nesse caso, são denominados isótopos estáveis. Para outras combinações, o núcleo é instável (isótopos radioativos ou radioisótopos) e emitirá energia até atingir a estabilidade.”

Adaptado de: BiodieselBR.com - 02 fev 2006

Assinale a alternativa correta:

No ano de 2023, o modelo atômico proposto pelo físico dinamarquês Niels Bohr completará 110 anos. O físico utilizou a estrutura do modelo planetário de Rutherford e incluiu algumas ideias propostas por Max Planck. Bohr postulou que os elétrons ocupariam apenas determinadas órbitas circulares ao redor do núcleo. Nestas órbitas, que foram denominados estados estacionários ou níveis de energia, os elétrons poderiam girar indefinidamente sem perder energia e, portanto, sem emitir radiação. Tais órbitas, que foram caracterizadas com um número quântico n, podiam assumir valores inteiros e uma energia específica para cada nível. Na figura apresenta-se um diagrama com os níveis de energia, em elétron-volts (eV), para o átomo de hidrogênio. Quando um elétron que ocupa o nível n = 3 retorna para o n = 1 (estado fundamental), emite um fóton cujo valor da frequência será de _______ Hz.

Adote o valor da constante de Planck igual a 4 . 10^-15 eV/s.

Assinale a alternativa que completa a lacuna acima.

Em 1932, James Chadwick descobriu o nêutron bombardeando berílio ⁹₄Be com partículas α para produzir nêutrons da seguinte reação nuclear: ⁹₄Be + α $\to$ ¹²₆C + n, onde ⁹₄Be e α consistem em alvo e projétil, respectivamente. A reação produz carbono-12 e um nêutron.

Considerando que a energia de ligação de cada partícula é aproximadamente igual a E[α] = 28,3 MeV, E[⁹₄Be] = 58,2 MeV, E[¹²₆C] = 92,2 MeV e E[n] = 0,0 MeV, obtenha a energia da reação em unidades de MeV.

Uma partícula quântica é descrita pela função de onda unidimensional e independente do tempo Ѱ(x) = A exp(−η²x²/2), onde A e η são constantes, e x é uma posição no eixo horizontal.

Dessa maneira, podemos afirmar que o valor médio da posição x é

O termo decaimento β abrange 3 modos de decaimento radioativo em que o número atômico Z entre o nuclídeo pai e o nuclídeo filho muda em uma unidade (± 1), enquanto o número de massa atômica permanece constante. Assim, o número de nucleons e a carga total são ambos conservados nos processos de decaimento β e pode-se dizer que o filho é um isóbaro do pai, uma vez que as duas partículas contêm o mesmo número de nucleons.

Nesse contexto, em um decaimento onde p representa um próton, e⁻, e⁺, v e u representam um elétron, um pósitron, um neutrino e um antineutrino, respectivamente, o decaimento β⁻ pode ser representado pelo seguinte processo:

O decaimento como função do tempo de uma determinada substância radioativa é mostrada na seguinte figura.

Com base na figura, após a substância decair por 15 minutos, a quantidade de substância radioativa restante é, em g,

Entre o fim do século XIX e o início do século XX, a Física Clássica começou a ter limitações na descrição de fenômenos físicos recentemente observados. Uma revolução científica foi iniciada e estabeleceu as bases do que hoje é conhecido como Física Moderna.

Dentre os fenômenos antes não explicados e entendidos nesse novo período, pode-se mencionar

De acordo com a obra de Ivan Oliveira (Física Moderna), analise os itens a seguir e, ao final, assinale a alternativa correta:

I – O que chamamos de Física Clássica é basicamente o conteúdo da obra de Isaac Newton e James Clerk Maxwell.

II – Isaac Newton unificou as leis que regem os fenômenos elétricos e magnéticos.

III – James Clerk Maxwell unificou as leis da mecânica.