Questões de Concurso sobre Física Subatômica (Física de partículas)

Os raios X foram descobertos em 1895 por Wilheelm Conrad Rontgen. Foram produzidos, pela primeira vez, por um feixe de raios catódicos (depois descobriu-se ser um feixe de elétrons) incidindo sobre a superfície de vidro de um tubo. O feixe de raios catódicos era disparado através de um gás. Sobre os raios X, julgue cada a afirmativa seguinte como verdadeira (V) ou falsa (F):

I. São produzidos devido à desaceleração de elétrons de alta energia ao atingirem um alvo.

II. São produzidos quando um átomo, ao ser atingido por um outro átomo, perde um elétron das camadas mais internas.

III. São produzidos por vibrações atômicas devido a colisões com elétrons.

Marque uma alternativa como resposta:

Em 1914, James Franck e Gustav Hertz realizaram um experimento que evidenciou a existência de níveis de energia nos átomos. Eles estudaram o movimento de elétrons, impulsionados por um campo elétrico, em um gás de mercúrio. Quando a energia cinética dos elétrons era igual ou superior a um determinado valor, o gás emitia luz ultravioleta.

Julgue cada a afirmativa seguinte como verdadeira (V) ou falsa (F):

I. Átomos podem ser excitados sem perder elétrons.

II. Átomos podem ter sua energia elevada por colisões com elétrons.

III. O consequente decaimento para níveis mais baixos de energia faz o átomo emitir fótons.

Marque uma alternativa como resposta:

Um átomo de ferro (Fe) possui 26 elétrons. Em unidades de ℏ, qual é a máxima projeção z de momento angular spin possível para este átomo, obedecendo ao princípio de exclusão de Pauli?

Radiação eletromagnética incide em uma lâmina de alumínio. Para que ocorra efeito fotoelétrico, a energia do fóton incidente na lâmina tem que ser:

Sobre um disco de raio igual a 1,0 m, foi colocada uma partícula. A partícula inicialmente estava a 75 cm do centro do disco. Neste instante, a partícula inicia o movimento circular uniforme, com aceleração de 2,7 m/s². A partícula é aproximada em 5,0 cm do centro. A nova aceleração, em m/s², é, APROXIMADAMENTE:

Ocorre inversão da população quando a quantidade de átomos no estado excitado supera a de átomos no estado fundamental, o que faz que a quantidade de fótons emergentes aumente.

No processo de emissão espontânea, o sistema tende a emitir radiação de forma isotrópica em relação à direção de propagação, sem uma relação de fase bem definida.

O aprisionamento de éxcitons na rede cristalina se dá basicamente por três principais motivos: formação de self-trapped éxcitons intrínsecos; formação de defeitos (trapped ou bound éxcitons); e formação de self-trapped éxcitons extrínsecos.

Suponha-se que uma típica câmara de ultra-alto-vácuo seja mantida a pressão e temperatura constantes, iguais a 1,38 × 10⁻⁸ Pa e 100 K, respectivamente. Nessa situação, considerando-se que ,$k=\frac{PV}{NT}=1,38\times 10^{-23}$ J/K em que $P$ corresponde à pressão, $V$, ao volume, $T$, à temperatura e $N$, à quantidade de moléculas, é correto concluir que a quantidade de moléculas por metro cúbico existentes dentro da câmara é igual a

Sobre a estrutura do átomo, marque a alternativa CORRETA:

A figura abaixo mostra as trajetórias de quatro partículas que penetram em uma região onde existe um campo magnético uniforme. O campo magnético é perpendicular ao plano da folha, apontando para dentro da folha. As quatro partículas são um elétron e um próton p um nêutron n e uma partícula alfa α, que é composta por dois prótons e dois nêutrons. As quatro partículas possuem a mesma velocidade ao entrarem na região de campo magnético.

Nesse caso, a alternativa que indica CORRETAMENTE as partículas nas trajetórias 1, 2, 3 e 4, respectivamente, é:

ATENÇÃO: O enunciado a seguir refere-se às duas próximas questões

Uma partícula realiza um movimento circular uniforme (MCU) no plano 𝑥𝑦. Considere que a posição da partícula pode ser descrita por 𝑥 = 3 cos(3𝑡) e 𝑦 = −3 cos(3𝑡 − 𝜋/2), em que 𝑡 é o tempo em segundos.

O período do MCU realizado pela partícula, em segundos, é igual a

A relação entre dois parâmetros B e T pode ser representada por uma reta no gráfico do tipo log-log, como mostra a figura abaixo.

A expressão matemática que melhor representa essa relação é:

Há éxcitons em duas aproximações limitantes diferentes: a de Frenkel, na qual o éxciton é fracamente ligado, com uma separação elétron-buraco grande em comparação a uma constante de rede; e a de Mott e Wannier, na qual o éxciton é pequeno e fortemente agrupado.

Um átomo emite luz. O tempo da transição eletrônica que produz essa radiação é 𝜏. Admitindo que a incerteza na posição do fóton seja igual ao comprimento do pulso de luz associado ao fóton emitido, qual a incerteza mínima no número de onda desse fóton?

No ano de 2023 o modelo atômico proposto por Bohr completou 110 anos, este utilizou a estrutura do modelo planetário de Rutherford e incluiu definições propostas por Max Planck. Um dos grandes feitos do modelo proposto por Bohr foi a contribuição para a explicação dos espectros de linhas de emissões e de absorções de radiação produzidas pela matéria. Para que um elétron do átomo de hidrogênio que ocupa o nível n = 2 (‐3,4 eV) passe a ocupar o nível n = 1 (‐13,6 eV), é necessário que seja ____________ um fóton com uma energia de ________ eV.

Dentre as alternativas a seguir, assinale aquela que preenche corretamente as lacunas do texto acima.

Uma partícula de massa igual a 2kg se movimenta em linha reta. A aceleração da partícula é diretamente proporcional ao tempo t. Sabe-se que quando t = 0 a velocidade da partícula é igual a 16m/s, e que quando t = 1 s, a velocidade da partícula é igual a 15m/s.

O valor do módulo da força resultante aplicada à partícula do quinto segundo de movimento é igual a

Considere uma partícula se movimentando em um plano xy. Sabendo que as, coordenadas cartesianas da partícula são x = t² e y = (t - 1)², com x e y medidos em metros e tem segundos, em que instante, em segundos, a velocidade da partícula é mínima?

Quando o tamanho físico do semicondutor é reduzido a tamanho menor que o raio de Bohr do éxciton, que é a distância média entre o elétron e o buraco, ocorre o efeito chamado de confinamento quântico, em que a natureza quântica do éxciton é exposta ao tamanho do cristal.

Durante uma aula de Física foi proposto um experimento hipotético para descrever o efeito fotoelétrico. Nesse experimento, um elétron seria retirado de um metal com uma energia cinética máxima de 6,4 . 10^-19 J. Sabendo que a função trabalho deste material é de 4,4 ev, qual o valor do comprimento de onda, em m, do fóton responsável pela retirada do elétron?

Para o experimento foi adotada a velocidade da luz no valor de 3. 10⁸ m/s, a constante de Planck de 4,2. 10^-15 eVs e a relação 1 eV =1,6.10^-19).