Questões de Concurso sobre Física Subatômica (Física de partículas)

Duas placas, condutoras e paralelas, carregadas com cargas de módulos iguais, mas de sinais contrários, estão separadas por uma distância muito menor que suas dimensões.

Um dêuteron e um próton penetram simultaneamente entre as placas, perpendicularmente a elas, através de furos existentes na placa negativa, na região central, longe das bordas, como ilustra a figura, com velocidades respectivamente iguais a $\overrightarrow{v_o}$ 2$\overrightarrow{v_o}$ tais que nenhum dos dois consegue atingir a placa positiva.

O dêuteron é um núcleo átomo de deutério, sendo constituído por um próton e um nêutron. O dêuteron consegue chegar, no máximo, a uma distância d₁ da placa negativa, decorrido um intervalo de tempo ∆t₁ a contar do instante em que penetrou entre as placas. Já o próton consegue chegar, no máximo, a uma distância d₂ da placa negativa, decorrido um intervalo de tempo ∆t₂ a contar do instante em que penetrou entre as placas.

Essas distâncias e esses intervalos de tempo são tais que

No contexto do início do século XX, quando o espectro de raias de emissão discreta de radiação de diferentes elementos era intensamente avaliado, o modelo de Bohr com as transições eletrônicas modeladas em termos da existência de órbitas discretas entre as quais transitavam os elétrons dos átomos (posteriormente descritos na teoria quântica em sua forma moderna final em termos dos orbitais eletrônicos) teve um esplêndido sucesso em tratar do espectro do átomo de hidrogênio.

No diagrama abaixo temos uma figura que representa o espectro de emissão do átomo de hidrogênio em termos da linguagem das séries espectrais. São indicados os números quânticos principais dos orbitais e o comprimento de onda associado à radiação emitida/absorvida na transição.

Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydrogen_transitions.svg

O conjunto de raias de emissão são classificados em séries com nome de seus descobridores e as primeiras transições rotuladas, respectivamente, em ordem crescente de energia entre os níveis eletrônicos envolvidos são rotulados por letras do alfabeto grego, em particular alpha e beta são as duas primeiras transições (de mais baixa energia) que resultam na emissão de fótons.

Lembrando que o espectro visível se estende aproximadamente entre as faixas de 380 nm e 700 nm do comprimento de onda da radiação eletromagnética, analise as afirmativas abaixo, dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

( ) A transição alpha da série de Paschen é 1094nm e a alpha da série de Lyman é 94 nm.

( ) As transições alpha, beta e gamma de Paschen estão no ultravioleta.

( ) A transição alpha da série de Balmer tem comprimento de onda mais próximo do vermelho.

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

Sobre os métodos de fluorescência e fosforescência, é correto afirmar que:

No processo de compreensão da estrutura fundamental da matéria, as partículas e antipartículas foram sendo descobertas e classificadas considerando algumas características. Diz-se que os nomes Hádrons, Léptons, Férmions, Bósons, Mésons e Bárions possibilitam uma forma de organizar essas partículas.

A partir da classificação apresentada acima, afirma-se que

Acreditava-se que o próton e o nêutron eram partículas elementares (indivisíveis). Em 1964, o físico norte-americano Gell-Mann previu que eles são formados por outras partículas determinadas quarks. Há 6 tipos de quarks, mas para a formação do próton e do nêutron interessam apenas 2 tipos: o quark up, com uma carga positiva, de módulo igual a 2/3 do módulo da carga do elétron (portanto, com uma carga +$\frac{2}{3}e$) e o quark down com uma carga negativa, de módulo igual a 1/3 do módulo da carga do elétron (portanto, com uma carga − $\frac{1}{3}$$e$ ).

Assinale a opção que indica, corretamente, como são formados o próton e o nêutron.

Leia atentamente o texto abaixo.

Em nuclídeos em que a razão nêutron/próton é e a emissão _____ não é energeticamente possível, o núcleo pode se tornar mais estável pela emissão de um _____. Dentro do núcleo, um próton é convertido em ___.

Assinale a alternativa que completa corretamente e respectivamente as lacunas.

O alcance é considerado como a distância média percorrida por uma partícula carregada em uma determinada direção. Essa distância depende de vários fatores. Sendo assim, relacione a Coluna 1 à Coluna 2, associando os fatores à sua respectiva influência no alcance.

Coluna 1

1. Massa.

2. Densidade do meio.

3. Carga.

4. Energia.

Coluna 2

( ) O alcance de uma dada partícula é ampliado com o aumento desta.

( ) Partículas mais leves têm alcance maior que partículas mais pesadas de mesma energia e carga.

( ) Uma partícula com menos desse fator apresenta alcance maior em relação à que possui mais desse fator.

( ) Quanto mais alta, menor é o alcance da partícula, sendo este muito menor em gases do que em líquidos ou sólidos.

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

O Efeito Compton é caracterizado pela interação do fóton com um elétron periférico do átomo, mas cede ________ sua energia, resultando na emissão de um fóton com energia _______ e que continua sua trajetória dentro do material e em outra direção.

Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima.

Em 1909, na Universidade de Manchester, no Reino Unido, sob a supervisão de Ernest Rutherford, Hans Geiger e Ernest Marsden executaram o experimento de Geiger–Marsden, também chamado de experimento da folha de ouro ou experimento de Rutherford. O experimento consistiu no bombardeamento de uma folha de ouro com 10^-5 cm de espessura, envolvida por uma tela de sulfeto de zinco, com partículas alfa provenientes do elemento polônio, e a mensuração do espalhamento dessas partículas. Como resultado eles observaram que a maioria das partículas alfa atravessava a matéria (lâmina de ouro) sem desvios ou com desvios ínfimos; porém, uma em cada dez mil partículas alfa não atravessava a matéria, sendo defletida em um ângulo maior do que noventa graus.

MODELO THOMPSON MODELO RUTHERFORD

RESULTADO OBSERVADO

* A figura não está em escala

Figura 26: Resultados do experimento Geiger-Marsden

Fonte: Kurzon [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

A partir da análise do contexto acima, deduz-se que:

I- Os resultados do experimento Geiger–Marsden inferem que a massa da matéria está localizada em pequenos pontos.

II- Se o modelo Thomson estivesse correto as partículas teriam atravessado a folha de ouro sem qualquer deflexão das partículas.

III- O experimento repetido com o uso de folhas de outros materiais com maior massa atômica que o ouro resulta em mais partículas defletidas.

É CORRETO o que se afirma em:

Uma ampola de raios X acelera elétrons por uma diferença de potencial de 50 kV em direção a um alvo metálico. O menor comprimento de onda de raio x gerado por essa ampola é de, aproximadamente,

O decaimento do radionuclídeo ⁸²Sr, com uma meia‐vida de 25,5 d, para o ⁸²Rb, com uma meia‐vida de 75 s, é um exemplo de

Cada elétron, em um átomo, é caracterizado por seus quatro números quânticos: principal, secundário, magnético e de spin. É sabido que num mesmo átomo não existem dois elétrons com os mesmos números quânticos.

Para n=3, e considerando os valores possíveis de l, qual é o número total de estados do elétron para esse caso?

Para uma partícula confinada em um poço de potencial quadrado e infinito, a razão entre as energias do segundo estado excitado e o estado fundamental é:

Suponha que um elétron é atraído para a origem por uma força com intensidade dada por $F=k/r$, onde $k$ é uma constante e $r$ é a distância da origem. Aplicando-se o modelo de Bohr a este sistema, pode-se encontrar o raio $r_n$ da n-ésima órbita do elétron e a energia cinética $T_n$ correspondente. Verifica-se que

Em um tempo de medição de 4 min, a contagem bruta da amostra radioativa foi de 6000 contagens e a contagem de fundo foi de 4000 contagens. Qual é a taxa de contagem líquida da amostra e sua incerteza, em contagens por minuto (cpm)?

A maior parte de massa atômica está concentrada no núcleo constituído por prótons e nêutrons. Os prótons e nêutrons são comumente referidos como nucleons e estão ligados ao núcleo. Qual é o tipo de interação predominante entre dois nucleons?

Condutores, semicondutores e isolantes são muito utilizados nos dispositivos elétricos e eletrônicos. Uma das principais diferenças entre esses materiais é a estrutura atômica. A respeito disso, marque a alternativa correta:

Donald Arthur Glaser (1926 - 2013), físico norte-americano, ganhou o Nobel de Física em 1960 pela invenção da câmara de bolhas, feita em 1952. Ela é constituída por um recipiente preenchido por um líquido, geralmente hidrogênio ou uma mistura de hidrogênio e neon. As partículas são injetadas na câmara e seu movimento é detectado pelo rastro de bolhas de sua trajetória, porque essas partículas interagem com os átomos do líquido ao longo da sua trajetória, acabando por ionizá-los. A câmara de bolhas foi fundamental na descoberta de partículas cuja existência ajudou a criar o modelo de quarks.

A figura abaixo é um esboço de uma imagem obtida por uma câmara de bolhas. Nessa região há um campo magnético uniforme, orientada perpendicularmente ao plano da figura e apontada para o leitor. As linhas curvas representam as trajetórias de um par de partículas pósitron-elétron, criados no ponto P durante um fenômeno no qual a carga elétrica total é conservada.

Considerando as informações dadas e a figura, assinale a alternativa correta:

Curiosamente, Albert Eisntein recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921 não pela sua famosa Teoria da Relatividade, mas pela sua interpretação do efeito fotoelétrico.

A partir do exposto, considere um experimento hipotético sobre o efeito fotoelétrico. Uma radiação eletromagnética, com frequência de 3,0. 10¹⁵ Hz, é incidida sobre a superfície do tungstênio, com valor de função trabalho de 4,5 eV. Nessas condições, qual o valor do potencial de corte dos elétrons ejetados? Dados: constante de Planck h = 6,6 . 10^-34 J.s e a carga elétrica fundamental do elétron e = 1,6 . 10^-19 C.

Uma partícula se move ao longo de um plano xyz, sendo sua posição r definida por r = (2,00 + 1,50t²)i + (1,50)j + (8,50 + 4,00t)k. Sendo r dado em metros e t em segundos.

Determine o módulo da aceleração da partícula no instante t = 1,00 s.