Questões de Concurso sobre Física Subatômica (Física de partículas)

Os materiais mais adequados para absorver partículas beta, nêutrons e raios gama são, respectivamente:

Em um átomo, a massa M de seu núcleo é:

O gráfico a seguir relaciona a energia máxima adquirida pelos elétrons ao serem arrancados, devido ao efeito fotoelétrico, da superfície de dois metais diferentes; observe:

De acordo com a proposta de Einstein, para explicar esse fenômeno, a energia máxima que um elétron poderia receber até ser arrancado da superfície do metal seria a energia de um quantum de luz, descontando o trabalho realizado por esse quantum para arrancar o elétron. Sendo assim, pode-se afirmar que, entre o chumbo e o ferro, o metal que necessita receber menos energia para que seus elétrons sejam arrancados é o:

(Considere a constante de Planck h = 6,6 . 10^–34m² . kg/s e 1 eV = 1,6 . 10^–19 J.)

Considere duas placas paralelas e condutoras uniformemente carregadas com cargas de módulos iguais, mas de sinais contrários, separadas por uma distância de 5,0.10–3 m (portanto, muito menor que suas dimensões). Um elétron penetra na região entre as placas, perpendicularmente a elas, através de um furo existente na placa positiva, muito longe das bordas, como ilustra a figura.

A figura a seguir representa, em gráfico cartesiano, como a energia cinética do elétron varia em função da distância à placa positiva enquanto ele se desloca entre elas.

Sendo o módulo da carga do elétron e = 1,6.10^-19 C, o módulo do campo elétrico $\overrightarrow{E}$ entre as placas é igual a

A tabela anterior apresenta a energia cinética máxima de um fotoelétron emitido em função do comprimento de onda incidente, no caso do potássio. Acerca do efeito fotoelétrico e com base nas informações apresentadas, assinale a opção correta.

Uma partícula α colidindo com um elétron pode capturar o elétron e formar um íon de hélio ionizado He⁺. A energia de recombinação é tipicamente emitida na forma de um fóton com energia de radiação que satisfaz a conservação de energia. Um elétron que se move com energia cinética K = 640 eV se recombina com uma partícula α para formar um átomo de hélio ionizado no estado fundamental.

Obtenha o valor aproximado do comprimento de onda λ do fóton monoenergético que é emitido na reação de recombinação.

Dado: ћc = 1973 eV$\stackrel{\circ }{A}$.

Um elétron de energia total de 2,07 MeV colide com outro elétron que está em repouso no referencial do laboratório. Considere que a energia de repouso do elétron é igual a 0,51 MeV.

Quais são a energia total E e a quantidade de movimento do sistema P no referencial do laboratório?

Um cristal ortorrômbico de cementita (Fe₃C) tem os seguintes parâmetros de rede a = 4,52 Å, b = 5,08 Å e c = 6,74 Å. Qual o valor da distância interplanar (d) do plano (111)?

Um próton e uma partícula α são abandonados frente a frente, separados por uma pequena distância. Suponha que eles sejam acelerados pelas forças de origem elétrica que um exerce sobre o outro. A partícula α é o núcleo do átomo de Hélio, sendo constituída, portanto, por dois prótons e dois nêutrons.

A razão $\frac{|\overrightarrow{\alpha }{}_{pr}|}{|\overrightarrow{\alpha }{}_{\alpha }|}$ entre os módulos das acelerações do próton e da partícula α é igual a

O gráfico a seguir representa a energia cinética máxima (E) dos elétrons ejetados por uma placa metálica em função da frequência (f) da radiação incidente sobre a placa.

A respeito desses dados é correto afirmar que

A solução obtida de uma equação de Schrödinger relativa a um dado sistema é a função de onda de uma partícula confinada na região $0\underline{<}x\underline{<}a$, dada por $\psi \left(x\right)$ $=A$ sin $\left(\frac{\pi x}{a}\right)$, em que $A$ é a constante de normalização. Assim, $A$ deve ser igual a

Suponha uma partícula contida em um poço quadrado infinito, com largula que vai de x = − a até x = a. Sua função de onda é descrita como:

$\Psi (x)=C(1-\frac{|x|}{a}),para-a\le x\le a$

Podemos AFIRMAR que a constante de normalização C corresponde a:

O espalhamento de Rutherford é o espalhamento elástico de partículas carregadas pela interação de Coulomb. É um fenômeno físico explicado por Ernest Rutherford em 1911, que levou ao desenvolvimento do modelo planetário de Rutherford do átomo e, eventualmente, o modelo de Bohr. O espalhamento de Rutherford foi referido pela primeira vez como espalhamento de Coulomb, porque depende apenas da eletricidade estática (Coulomb) potencial, e a distância mínima entre as partículas é definida inteiramente por este potencial. O processo clássico de espalhamento Rutherford de partículas 𝛼 (disco preto na figura) contra núcleos de ouro (disco vermelho na figura) é um exemplo de "espalhamento elástico", porque nem as partículas alfa nem os núcleos de ouro são excitados internamente. A figura abaixo mostra este espalhamento e as variáveis físicas relevantes para análise: 𝑏 - parâmetro de impacto, 𝑟 - posição da partícula alpha, 𝜑 - ângulo da partícula alpha, 𝑚 - massa da partícula alpha, 𝑣 - velocidade da partícula alpha, 𝑅 - distância de maior aproximação da partícula alpha ao núcleo de ouro, e 𝜃 - o ângulo de espalhamento da partícula alpha. A variável 𝐷 é a posição da partícula alpha onde sua energia cinética é igual a sua energia potencial elétrica no vácuo. Considerando a razão $\frac{D}{b}=\frac{2}{\sqrt{3}}$, qual deve ser o valor das variáveis 𝑅, 𝜃 e 𝜑 no ponto de maior aproximação entre a partícula alpha e o núcleo de ouro, respectivamente?

Em relação à figura da história do fóton de 15 MeV apresentada na questão anterior, assinale a alternativa que apresenta corretamente a energia Etr, em MeV, transferida de fótons para partículas carregadas em cada uma das camadas A, B e C, nessa ordem.

Qual propriedade define o comportamento das partículas classificadas como férmions?

Qual a intensidade da atração gravitacional entre um elétron e um próton quando separados por uma distância de 1.0 10^-10 metros? Dados: G = 6,67 10^-11 newtons.metro2 /quilograma2 , massa do próton 1,672 10^-27 quilogramas, massa do elétron 9,109 10^-31 quilogramas.

Supondo que um elétron de carga -e e de massa igual a “m” mantém uma órbita circular de raio R em torno de um próton, em repouso, de carga “+e”. Essa órbita é mantida devido à atração coulombiana entre o elétron e o próton. Assinale a alternativa que indica corretamente a expressão da energia cinética do elétron.

Considere que “k” representa a constante eletrostática do meio.

Os núcleos possuem 𝑁 nêutrons, 𝑍 prótons e um número de massa 𝐴 = 𝑁 + 𝑍. Para núcleos leves, 𝑁 e 𝑍 são aproximadamente iguais, enquanto, para os núcleos pesados, 𝑁 é maior do que 𝑍. Os isótopos consistem em dois ou mais núcleos com o mesmo número atômico 𝑍, porém com valores de 𝑁 e 𝐴 distintos. A massa de um núcleo estável é menor do que a soma das massas de seus núcleons, soma de prótons e nêutrons. A massa atômica, 𝑀, é comumente dada em unidade de massa atômica 𝑢, e pode-se considerar a seguinte relação de conversão para energia, (1 𝑢) . 𝑐² = 931,5 𝑀𝑒𝑉, que mostra o grande potencial de armazenamento de energia nos núcleos atômicos. A diferença de massa ∆𝑚 multiplicada por 𝑐² é igual à energia de ligação 𝐸₁ do núcleo, energia necessária para sua formação, ou 𝐸₁ = (𝑍 𝑀_{𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑔ê𝑛𝑖𝑜} + 𝑁 𝑀_{𝑛ê𝑡𝑟𝑜𝑛} − 𝑀_{Á𝑡𝑜𝑚𝑜}) 𝑐² .

TIPLER, Paul; MOSCA, Gene. Física: Física-Moderna: mecânica quântica, relatividade e estrutura da matéria. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 3, com adaptações.

Considerando os dados: 𝑀_{𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑔ê𝑛𝑖𝑐} = 1,007825 𝑢, 𝑀_{𝑛ê𝑡𝑟𝑜𝑛} = 1,008665𝑢 e $M_{4_{He}}$ = 4,002603 𝑢, assinale a alternativa que indica o valor da energia de ligação do isótopo do hélio ⁴𝐻𝑒.

Sabendo que a função trabalho para o efeito fotoelétrico de uma superfície de prata é 6,9 × 10 ⁻¹⁹ J e que a constante de Planck é igual a 6,3 × 10 ⁻³⁴ J . s, quando uma radiação ultravioleta de frequência 2,0 × 10 ¹⁵ Hz incide sobre uma superfície de prata, causando a emissão de um elétron, a máxima energia cinética que esse elétron pode ter é

Ao propor seu modelo para o átomo de hidrogênio, Niels Bohr considerou que o elétron girava ao redor do próton, ambos com carga elétrica de módulo igual a q, obedecendo à lei de Coulomb, em algumas órbitas estáveis. Nesse modelo, sendo k= $\frac{1}{4\pi \in }$ , em que ∈ é a permissividade elétrica do vácuo, e m a massa do elétron, a velocidade escalar v do elétron, em uma órbita estável de raio igual a r, é dada por