Questões de Concurso sobre Física Subatômica (Física de partículas)

A equivalência massa-energia prevista pela teoria da relatividade restrita permite explicar a grande variação de massa nos processos de decaimento de partículas. Considere a reação de decaimento do káon, em dois píons é dada por

$K^{+}\to {\pi }^{+}+{\pi }^0$

onde $m_{k^{+}}=494MeV$ /$c^2,m_{{\pi }^{+}}=m_{{\pi }^0}=140MeV$ /c² são as massas de repouso das partículas K⁺, ${\pi }^{+}$ e ${\pi }^0$ . Com base na tabela a seguir, onde é o fator de Lorentz, v é a velocidade das partículas em relação ao referencial do laboratório e c a velocidade da luz, pode-se afirmar que o módulo da velocidade das partículas resultantes da desintegração do káon, em relação ao referencial do laboratório, em termos de c, é:

A função de onda inicial para uma partícula no poço de potencial quadrado infinito, de largura L, é dada por

$\psi$( $x$, 0) = A(2$x$ - $L$).

Considerando-se que $\psi$($x$, $t$) $\psi \left(x,t\right)$ corresponde a uma solução da equação de Schroedinger para um potencial independente do tempo, pode-se afirmar que a constante de normalização A é

Qual é, aproximadamente, o momento de um fóton de raio-X, com comprimento de onda de 20 pm? Considere a constante de Planck h = 6,63 x 10^-34 J·s, e, se necessário, a velocidade da luz c = 3,0 x 10⁸ m/s.

Quando a luz incide sobre a superfície de um metal com uma frequência suficientemente alta, ela pode retirar elétrons do mesmo. Assinale a alternativa que corresponde ao nome correto desse efeito.

Um átomo, em seu estado fundamental tem massa M. Ao ser levado ao seu primeiro estado excitado passa a ter uma massa M + m. A frequência do fóton emitido, quando este átomo retorna ao estado fundamental é:

Analise o trecho a seguir e assinale a alternativa que completa corretamente a lacuna:

“_______________________ é uma partícula subatômica que circunda o núcleo atômico, sendo responsável pela criação de campos magnéticos elétricos.”

O modelo da gota líquida para o núcleo atômico permite calcular a massa do núcleo a partir dos valores do número atômico (Z) e do número de massa (A) por uma expressão semiempírica da massa (M) que possui seis termos e pode ser escrita como:

$M\left(Z,A\right)={\sum }_{j=10}^5{f}_j\left(Z,A\right)$

Analise as seguintes afirmativas relacionadas à fórmula da massa do núcleo obtida por meio do modelo da gota líquida e assinale com V as verdadeiras e com F as falsas.

( ) Existe um termo que relaciona a massa do núcleo ao volume do átomo, tal que: f(Z, A) = –aA, onde a é uma constante.

( ) Existe um termo que relaciona a massa do núcleo à energia proveniente de repulsões coulombianas entre os prótons, tal que: f(Z, A) = cZ²/A^1/3, em que c é uma constante.

Assinale a sequência CORRETA.

Uma partícula de massa$m=0,5kg$ descreve uma trajetória circular de raio $r=60cm$ com velocidade $v=40cm$/$s$. Marque a alternativa que indica o módulo do momento angular da partícula.

A exposição de alimentos à radiação gama tem sido utilizada como um dos processos possíveis para prolongar a vida útil dos alimentos. As fontes de ${}^{60}C$ e ${}^{137}Cs$ são consideradas para uso comercial, devido à produção de raios gama de energias adequadas, disponibilidade e custo. Com base nos conhecimentos sobre processos radioativos, afirma-se que:

I. A utilização radiação gama, proveniente de uma fonte radioativa, pode ser considerada mais segura para aplicação em alimentos em função de não ocorrer contato de material radiativo com o alimento.

II. O decaimento radiativo do ${}_{27}^{60}Co$ também pode ocorrer por meio de um decaimento Beta e apresenta como produto do decaimento apenas o ${}_{28}^{60}Ni$.

III. O ${}_{27}^{60}Co$ possui meia vida de 5,27 anos. Isso significa que, ao se conservar uma certa quantidade de ${}_{27}^{60}Co$ numa amostra, após 10,54 anos teremos aproximadamente um quarto da amostra com material radiativo de ${}_{27}^{60}Co$.

IV. Um par de elétron e pósitron também é originado, no processo de decaimento radiativo do ${}_{27}^{60}Co$ com emissão de radiação gama, a fim de ocorrer conservação da carga elétrica.

Considerando-se as afirmativas acima, conclui-se que estão corretas apenas

A transmitância é razão entre a radiação transmitida e a radiação incidente sobre um dado material. Considere a figura abaixo que representa os dados percentuais de transmitância de luz (light transmittance) sobre uma amostra de grafeno. Os dados são transmitância de 100 % no ar (air), 97,7 % numa monocamada de grafeno (graphene) e 95,6 % numa bicamada (bilayer) de grafeno. Com base nessas informações, é possível afirmar que o grafeno é um material:

Imagem extraída de http://grapheneatom.com/optical-properties.

Uma partícula está confinada em um poço de potencial infinito unidimensional entre as posições $x=0ex=L.$ A função de onda normalizada da partícula, que se encontra no estado fundamental, é dada por $\psi (x)=\sqrt{2/L}sen(\pi x/L)$ para $0\le x\le L.$ O valor máximo da probabilidade por unidade de comprimento de encontrar a partícula é igual a

Os núcleos de ${}_6^{{}^{14}C}$ são criados nas altas camadas da atmosfera pelos raios cósmicos. Para cada átomo de ${}_6^{14}C$ , existem 7,4.10¹¹ átomos de ${}_6^{12}C$. Para todos os organismos vivos, a razão de ${}^{{}^{14}}C$ para${}^{{}^{12}}C$ é a mesma, devido às constantes trocas de C0₂ com o meio ambiente. Quando um organismo morre, ele deixa de absorver ${}^{{}^{14}}C$ da atmosfera e, assim, a razão ${}^{{}^{14}}C$ para ${}^{{}^{12}}C$ começa a diminuir, por causa do decaimento do ${}^{{}^{14}}C$. Portanto, é possível determinar há quanto tempo ocorreu a morte da matéria orgânica medindo a atividade radioativa da amostra. O decaimento beta do ${}_6^{14}C$ é usado para datar amostras orgânicas, com idades entre 1000 e 25000 anos.

Qual é a opção que representa corretamente o decaimento beta do ${}_6^{14}C$ ?

Em 1905, Einstein propõe que a luz apresenta também um comportamento corpuscular, além do comportamento ondulatório já conhecido. Partindo dessa ideia, Louis de Broglie sugeriu que, assim como os fótons, as partículas de matéria também apresentariam propriedades ondulatórias.

Considere um elétron com velocidade v não relativística. Se for duplicada a energia cinética não relativística do elétron, o comprimento de onda de Broglie, associado a ele, ficará multiplicado por

No acelerador de partículas do Centro Europeu de Pesquisa Nucleares (CERN), são acelerados prótons, num anel de aceleração de aproximadamente 27 km de perímetro, com a intenção de realizar colisões entre partículas e investigar sua estrutura fundamental a altas energias. Nesses aceleradores, o próton pode atingir velocidades da ordem de 90% da velocidade da luz.

Considerando-se a massa de repouso do próton como sendo 1,67.10^-27 kg, qual seria sua massa relativística nessas condições?

Um elétron penetra numa região com velocidade v=vj, onde existe um campo elétrico E=Ek, e um campo magnético B=Bk. Desprezando-se a aceleração da gravidade, é correto afirmar que a trajetória descrita pelo elétron nessa região é

Numa reação nuclear pode acontecer emissões de algumas partículas como alfa (α), beta (β), gama ($\gamma$) e nêutron (n).

Na equação, ₉₂U²³⁸ + ₇N¹⁴ → ₉₉E²⁴⁶ + x, o x é igual a

A hipótese de De Broglie proposta pelo físico francês Louis de Broglie (1892 – 1987), propunha que o comportamento dual da radiação poderia ser também uma propriedade da matéria, onde o comprimento das ondas de matéria é dado por $\lambda =\frac{h}{p}$ onde$h=6,63X10^{-34}J.s$ e p é momento linear da partícula.

Com base nessa ideia, qual é o comprimento de onda de um elétron, que é submetido a uma diferença de potencial de 2,88kV?

Para esta questão considere:

Carga elementar: $e=1,60X10^{-19}C$

Massa do elétron: $m_e=9,00X10^{-31}kg$

O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por meio da incidência de luz sobre uma superfície. O gráfico a seguir relaciona a frequência de corte V₀ em função da frequência da radiação incidente sobre uma placa metálica.

Com base nos dados do gráfico, suas unidades de medida e considerando-se a constante de Planck, $h=6,63$x $10^{-34}J.s$ e a carga elementar $e=1,60$ x $10^{-19}C$, pode-se afirmar que o valor de A, no gráfico, é aproximadamente:

Quando ficamos expostos à radiação ultravioleta (UV), nossa pele produz melanina, criando uma barreira de proteção para que a luz UV não penetre na pele. A melanina confere à pele o tom moreno. Essa reação só é produzida quando a pele recebe o quantum de luz adequado, de forma que não é possível, por exemplo, obter um bronzeamento com a luz de uma lâmpada incandescente, mesmo que esta tenha grande intensidade, pois a radiação infravermelha e a luz visível emitidas por ela são incapazes de ativar a produção de melanina. No efeito fotoelétrico, em que uma superfície que recebe radiação pode ejetar elétrons, também existe um limiar para que ocorra o efeito.

Considere um fóton de comprimento de onda 300 nm incidindo em uma superfície de sódio, cuja função trabalho é igual a 2,28 eV, Utilizando h=6,63.10^-34 j.s , c=3,10⁹ m/s e 1eV = 1,602.10^-19j a energia máxima de um fotoelétron ejetado da superfície de sódio será de aproximadamente

O estado de uma partícula pode ser descrito por: ψ(x) = ${\left(\frac{\sqrt{2}}{\pi }\right)}^{\frac{1}{2}}$ $\frac{x+ix}{1+i{x}^2}$ . A posição mais provável para se encontrar a partícula é: