Questões de Concurso sobre Física Moderna

Em 2019, n^o 144º aniversário da Convenção do Metro, as unidades básicas do SI foram redefinidas pelo Escritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM). A seguir, são feitas algumas afirmações sobre as modificações introduzidas pela redefinição de 2019.

1. São apenas sete as constantes da natureza definidas como exatas, a saber: a velocidade da luz (c), a frequência de transição de estrutura hiperfina do Césio-133 (∆ν_Cs), a constante de Planck (h), a carga elementar (e), a constante de Boltzmann (k_B), o número de Avogrado (N_A) e a eficácia luminosa da radiação monocromática na frequência de 540 THz (K_cd).

2. São apenas seis as constantes da natureza definidas como exatas, a saber: a velocidade da luz (c), a constante de Planck (h) a carga elementar (e), a constante de Boltzmann (k_B), o número de Avogrado (N_A) e a eficácia luminosa da radiação monocromática na frequência de 683 THz (K_cd).

4. O protótipo de platina e irídio, conservado como padrão do kg, tornou-se obsoleto e o quilograma passou a ser definido apenas em termos de constantes fundamentais exatas.

8. As sete unidades básicas na redefinição do SI são: segundo, metro, quilograma, coulomb, mol, Kelvin e candela.

Assinale a alternativa que contém a soma dos números correspondentes às afirmações verdadeiras.

Suponha-se uma radiação eletromagnética, associada a um fóton de 3 eV. Nesse caso, considerando-se a velocidade da radiação eletromagnética como $3\cdot 10^8$ m/s e a constante de Planck igual a $6\cdot 10^{-34}$ J.s, é correto afirmar que o comprimento de onda é de $4\cdot 10^{-7}$ m.

Considerando-se um elétron em um poço quântico como uma partícula confinada em uma caixa rígida de comprimento L = 2 nm, a energia no terceiro estado quântico será de 0,3 eV.

O múon é uma partícula instável, produzida em laboratórios de física nuclear a partir do decaimento do méson - π. O tempo próprio de vida de múon é de 2 × 10^-6s . Um observador em terra vê o múon mover-se se com uma velocidade escalar de 0,6 c. Assinale a alternativa que contém, respectivamente, o tempo de vida média (em segundos) e a distância percorrida (em metros) registrados por esse observador antes do múon decair (c = 3 × 10⁸ m/s).

Os pesticidas organoclorados foram amplamente empregados na agricultura, contudo, em razão das suas elevadas toxicidades e persistências no meio ambiente, eles foram banidos. Considere a aplicação de 500 g de um pesticida organoclorado em uma cultura e que, em certas condições, o tempo de meia-vida do pesticida no solo seja de 5 anos.

A massa do pesticida no decorrer de 35 anos será mais próxima de

O comprimento de onda, na transição $1\to 2$ , que o elétron pode absorver é ${\lambda }_{1\to 2}=\frac{hc}{0,3}nm.$

Os efeitos relativísticos sobre um corpo podem ser percebidos e medidos somente quando ele se movimenta com velocidade superior a aproximadamente 10% da velocidade da luz. São velocidades muito altas se comparadas às velocidades a que estamos acostumados. Para velocidades baixas, os efeitos relativísticos são tão pequenos que podem ser desprezados.

Internet: <algosobre.com.br> (com adaptações).

A figura a seguir ilustra um cubo, de aresta L0, que se move com velocidade igual a 0,6·c na direção do eixo y, sendo c a velocidade da luz no vácuo.

Considerando as informações e a figura anteriores, assinale a opção que apresenta a razão entre o volume do corpo sob ação relativística e o seu volume em repouso, ambos em relação ao observador estacionário.

No estudo da estrutura dos núcleos atômicos, uma grandeza fundamental para compreender os processos de fissão e fusão nuclear é a energia de ligação por núcleon. Considerando a massa do próton como 1,007 unidades de massa atômica ($u$), a massa do nêutron de 1,008 unidades de massa atômica e 1$u$ = 1,660 x 10^-27 kg, determine a energia de ligação por núcleon do Plutônio ${}^{239}Pu$. A massa do Plutônio vale 239,052 $u$, e no seu núcleo existem 94 prótons e 145 nêutrons. Considere c² = 931,5 x 10⁶ eV/$u$ (utilize todos os números das grandezas informadas).

O fenômeno do decaimento radioativo foi documentado no final do século XIX, quando cientistas notaram que alguns materiais espontaneamente produziam manchas em papel fotográfico. Em um dos experimentos clássicos desse período, Rutherford aplicou um campo magnético à radiação emitida por uma amostra e os diferentes tipos de radiação sofreram um desvio de acordo com suas cargas, conforme representado na figura a seguir. A amostra radioativa emitiu radiações dos tipos alfa, beta e gama, que apresentaram diferentes trajetórias.

Na figura apresentada, as trajetórias 1., 2. e 3. representam, respectivamente, radiações dos tipos

A seguinte reação:

${}_1^{2}H{+}_1^{3}H{\to }_2^{4}He{+}_0^{1}n$

é característica do processo de

Para levar em conta as diferentes capacidades de interações biológicas das diferentes radiações, foi criado o termo Dose equivalente. A unidade SI de dose equivalente é o Sievert (Sv). A dose equivalente (H) é dada pela relação:

(Considere que D é a dose de radiação em Gy; Q é um fator de absorção efetiva da radiação em questão e N é outro fator modificante da absorção.)

A porcentagem de dose radiológica profunda, PDP(d,A,f,E), é função da profundidade, área do campo (A, abertura do colimador), distância (d) à fonte e superfície (f) e energia (E), sendo um dos principais fatores de caracterização dos feixes de fótons. Essa porcentagem, PDP, pode ser expressa por:

(Considere D_p dose na profundidade d e D_max dose na profundidade de máximo)

Átomos radioativos tendem a apresentar instabilidade, podendo emitir partículas alfa (α), beta (β) e raios gama (γ). Existem determinados átomos que podem apresentar decaimentos em duas etapas, como é o caso do césio-137, que se transforma em bário-137 da seguinte forma:

${}_{55}^{137}Cs$ → [?]+ ${}_{56}^{137}Ba$_(instável) →[?]+ ${}_{56}^{137}Ba$_(estável)

Dentre as alternativas a seguir, assinale aquela que, respectivamente, completa corretamente os espaços indicados pelo símbolo de interrogação (?) que representam duas etapas do decaimento do césio-137.

Preencha as lacunas e assinale a alternativa correta.

Em 1945, provavelmente para impedir um avanço da China e mesmo da União Soviética sobre o Japão, os norte-americanos, sem prévio aviso, explodiram duas bombas atômicas, uma na cidade de Hiroshima e outra na cidade de Nagasaki, acelerando o final da 2ª Guerra Mundial. Poucos anos depois, os soviéticos conseguiram construir uma bomba semelhante, em 1948, e, surpreendentemente, uma nova bomba nuclear, mas com um processo muito diferente das duas bombas sobre o Japão e da primeira bomba soviética. Sobre esses fatos, é correto afirmar que as duas bombas norte-americanas eram de ______________ e baseavam-se no processo de ___________. A nova bomba de hidrogênio inventada posteriormente pelos soviéticos baseava-se no processo de ____________.

Desde 1965, o ARGONAUTA (IEN/Instituto de Engenharia Nuclear-UFRJ) vem sendo utilizado em pesquisas envolvendo nêutrons nas áreas da física de reatores e nuclear. Cerca de 70 alunos de instituições e universidades brasileiras obtiveram seus títulos de mestre ou doutor utilizando esse reator no desenvolvimento de suas pesquisas. Atualmente, existem várias linhas de pesquisas em ação, incluindo as seguintes, EXCETO

Encontre a massa convertida na explosão de uma bomba atômica de 12,0 kT.

(Lembrando que 1 kT = 4,2 . 10¹² J. Considere c = 3,0 . 10⁸ m/s )

A descoberta do elétron e sua interação com campos elétricos e magnéticos, através dos experimentos com a ampola de Crockes, possibilitou a idealização do modelo atômico de

A região do Sol, conhecida como fotosfera, é responsável pela radiação emitida e possui temperatura igual a 5800 K. O espectro de radiação emitido pela fotosfera pode ser considerado como o de um corpo negro e o comprimento de onda do ponto de maior intensidade desse espectro é igual a 500 nm. Um objeto com temperatura igual a 500 K, considerado também um corpo negro quanto ao espectro de radiação emitido, possui o comprimento de onda do ponto de maior intensidade de emissão do seu espectro, em nm, igual a ____ .

O Cobalto-60 (⁶⁰Co) é uma fonte radioativa frequentemente usada na medicina. Sua meia-vida é de 5,25 anos. Quanto tempo, aproximadamente, uma nova amostra levará para decrescer 1/8 de seu valor original?

A radiação eletromagnética possui caráter dual, pois se comporta como onda e ora como partícula. De acordo com a Física Quântica, quando o comportamento da onda é caracterizado como partícula (fótons), ela tem energia (E), proporcional à sua frequência (f) multiplicada pela constante de Panck (h = 6,62607 × 10^-34 J.s). Imagine que, hipoteticamente, em um acampamento de escoteiros houvesse uma fogueira e que cada fóton emitido pelas chamas tenha frequência igual a f = 5,07 × 10¹⁴ Hz, e os campistas queiram aquecer meio litro de água para fazerem chá, utilizando-se da radiação emitida pelo fogo. Considerando que os escoteiros aqueceram a água até 353 K a partir de uma temperatura inicial de 293 K, quantos fótons foram absorvidos pela água? (Desconsidere o recipiente contendo a água, bem como suas características físicas, e utilize c_água = 4,2 kJ/kg.K e 1000g_água = 1L).