FÍSICA FRENTE 2-061-062

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FOLHETO DE AULA — FÍSICA FRENTE 2 
 
MED — Semana 30 — Física Moderna 
Prof. Edu Lessi 
 
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EXERCÍCIOS: 
1. (Fuvest 2022) O laser consiste em uma fonte de luz coerente 
e monocromática, sendo largamente utilizado em leitores de 
códigos de barras e também em aplicações na física, na 
medicina e em outras áreas. Seu princípio de funcionamento é 
baseado na emissão estimulada de fótons. Em um tipo comum 
de laser, uma quantidade de átomos é excitada para um estado 
de energia E2. Em seguida alguns desses átomos são 
estimulados a decair para um estado de energia menor E1, 
emitindo um fóton com energia dada pela diferença entre E2 e 
E1. De modo similar, esse decaimento estimula outros átomos a 
emitirem fótons formando um processo em cadeia com geração 
de luz. 
 
a) Qual tipo de laser emite fótons com maior energia: o de luz 
vermelha ou o de luz azul? Justifique sua resposta. 
b) Determine a frequência (em Hz) de um fóton com 
comprimento de onda na região de cor laranja mostrada na 
figura. 
c) Determine o comprimento de onda de um fóton (em nm) 
considerando um laser cujas energias E2 e E1 correspondem 
aproximadamente a 20,2 eV e 18,7 eV, respectivamente. 
Note e adote: 
A energia E de um fóton relaciona-se com sua frequência f por 
meio da relação E = hf, onde 15h 4 10 eV s−=   e a 
frequência é dada em Hz. Velocidade da luz no vácuo: 
8c 3 10 m s.=  
 
2. (Santa Casa 2022) A geração de energia no interior do Sol se 
dá por meio de fusões nucleares. O processo consiste 
basicamente na fusão de 4 núcleos de hidrogênio para formar 1 
núcleo de hélio, sendo que a massa do núcleo produzido é 
menor que a soma das massas dos núcleos iniciais. Essa 
diminuta diferença de massa, 294,7 10 kg,− é convertida em 
energia de acordo com a expressão proposta por Einstein: 
2E m c ,=  sendo E a energia gerada, m a diferença de massa 
e c a velocidade da luz no vácuo 8(3 10 m s). Sabendo-se 
que o Sol produz energia na razão de 263,9 10 J s e 
considerando que toda energia seja gerada pelo processo de 
fusão de núcleos de hidrogênio em núcleos de hélio, a ordem de 
grandeza do número dessas fusões que ocorrem no interior do 
Sol a cada segundo é: 
a) 1045. b) 1032. c) 1018. d) 1038. e) 1024. 
 
3. (Epcar (Afa) 2022) Em um dos métodos usados para gerar 
raios X, elétrons colidem com alvo metálico perdendo energia 
cinética e gerando fótons, cujos comprimentos de onda podem 
variar de 810 m− a 1110 m,− aproximadamente. A figura a 
seguir representa um equipamento para a produção de raios X, 
em que T é um tubo de vidro, G é um gerador que envia uma 
corrente elétrica a um filamento de tungstênio F e A é um alvo 
metálico. 
 
O filamento aquecido libera elétrons (efeito termiônico) que são 
acelerados pela fonte de alta tensão e, em seguida, 
bombardeiam o alvo A, ocorrendo aí a produção dos raios X. 
Se a ddp na fonte de alta tensão for de 25 kV, o comprimento 
de onda mínimo, em Å, dos fótons de raios X será de, 
aproximadamente, 
a) 4 b) 2 c) 1 d) 0,5 
 
4. (Uema 2021) Quando uma onda luminosa incide em uma 
superfície metálica, a interação entre os fótons e os elétrons do 
metal pode fazer com que elétrons sejam emitidos da superfície. 
A figura a seguir representa a emissão fotoelétrica em uma placa 
de césio com função trabalho de 2,14 eV, iluminada pela 
radiação violeta, com comprimento de onda igual a 400 nm. hf 
é a energia dos fótons; Ec é a energia cinética máxima dos 
elétrons emitidos e W é a função trabalho do material de que é 
feito o alvo, ou seja, a energia mínima que um elétron deve 
adquirir para poder escapar do material. 
 
Considerando a constante de Planck 154,2 10 eVs− e a 
velocidade da luz no vácuo de 83,0 10 m s, a energia cinética, 
em eV do elétron ejetado, é igual a 
a) 3,15 b) –2,13 c) 93,15 10− d) 1,01 e) 5,29 
 
5. (Unesp 2021) O efeito fotoelétrico é um processo em que 
ocorre a emissão de elétrons por uma placa metálica, chamados 
fotoelétrons, quando a radiação eletromagnética incide sobre ela 
com uma quantidade de energia suficiente para removê-los da 
superfície da placa. A quantidade mínima dessa energia que 
remove cada elétron é chamada função trabalho do metal ( ). 
No estudo desse efeito, considera-se que a energia ( )ε 
associada a um fóton de determinada radiação que se propaga 
com frequência f é dada pela expressão h f,ε =  em que h 
é uma constante positiva. Nesse processo, essa energia é 
totalmente absorvida por um elétron ligado à placa, sendo parte 
utilizada para removê-lo do metal e a restante transformada em 
energia cinética desse fotoelétron cin(E ).=  − 
 
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A tabela apresenta as funções trabalho do sódio e do alumínio, 
expressas em joules. 
Metal (J) 
Sódio 193,7 10− 
Alumínio 196,5 10− 
Considere que uma radiação ultravioleta de comprimento de 
onda 74 10 m,λ −=  propagando-se no vácuo, incida sobre 
duas placas, uma feita de sódio e outra de alumínio. Sendo a 
velocidade da luz no vácuo 8c 3 10 m s=  e adotando-se 
34h 6,4 10 J s,−=   nessa situação somente a placa de 
a) alumínio emitirá fotoelétrons, cada um com 192,0 10 J− de 
energia cinética. 
b) alumínio emitirá fotoelétrons, cada um com 192,4 10 J− de 
energia cinética. 
c) sódio emitirá fotoelétrons, cada um com 192,4 10 J− de 
energia cinética. 
d) sódio emitirá fotoelétrons, cada um com 191,1 10 J− de 
energia cinética. 
e) alumínio emitirá fotoelétrons, cada um com 191,1 10 J− de 
energia cinética. 
 
6. (Famerp 2021) Em certos exames de medicina nuclear, uma 
substância radioativa é administrada ao paciente que, 
posteriormente, é acomodado em um aparelho. Quando o 
elemento radioativo decai, os detectores do aparelho captam 
parte dos fótons emitidos. 
 
Sabe-se que a energia associada a 
um fóton está relacionada com a 
frequência da radiação pela 
expressão fE h f,=  sendo h a 
constante de Planck, cujo valor é 
346,63 10 J s.−  Suponha que o 
elemento radioativo utilizado em um 
desses exames seja o tecnécio-
99m, que emite radiação cujos 
fótons têm energia associada de 
142,24 10 J,− e considere os 
detectores de radiação sensíveis às 
faixas de frequência indicadas na 
tabela. 
 
 
Para que possam captar os fótons emitidos pelo tecnécio-99m, 
os detectores utilizados no aparelho devem ser do tipo: 
Detector Faixa de sensibilidade (Hz) 
I 1210 a 1310 
V 1310 a 1410 
U 1610 a 1710 
X 1710 a 1810 
G 1910 a 2010 
a) X. b) G. c) V. d) I. e) U. 
 
7. (Fgv 2021) A figura mostra o diagrama de níveis de energia, 
em elétrons-volt, para o átomo de hidrogênio, segundo o modelo 
proposto por Bohr. Nela está representada uma transição do 
elétron do nível n 4= para o nível n 2.= 
 
A quantidade de energia associada ao fóton emitido pelo átomo 
de hidrogênio na transição mostrada na figura é 
a) 0,85 eV. b) 1,51 eV. c) 2,55 eV. d) 4,25 eV. e) 5,76 eV. 
 
8. (Uema 2021) Com a pandemia do COVID-19, o mundo tem 
utilizado a luz ultravioleta (UV) para desinfetar ambientes 
públicos e hospitalares. Foram encontradas evidências da 
eficácia do UV quanto à área irradiada, ao ângulo de exposição, 
à intensidade e à dose de radiação sobre superfícies.Mas, 
essas não são as únicas alternativas. A alta dose de radiação 
tem a função de promover várias mutações no DNA e/ou RNA 
dos vírus, levando-o à morte ou impedindo que ele se reproduza. 
A luz UV é eficaz para inativar bactérias e vírus nas faixas de 
UV-B e UV-C com onda de comprimento entre 200 a 310 nm 
(nanômetros). 
https://www.uol.com.br/tilt/noticias/redacao/2020/08/07/para-anvisa-nao-ha-certeza-de-
que-raios-ultravioleta-destroem-coronavirus.htm (Adaptada) 
Sabe-se que a radiação eletromagnética (ou simplesmente, a 
luz) é quantizada, segundo Einstein, e a quantidade elementar 
de luz, hoje, recebe o nome de fóton. Por isso, para eliminar o 
vírus sobre a superfície, uma rede de supermercado instalou 
cabines UV para descontaminar os carrinhos de compras. A 
cabine contém luz ultravioleta com comprimento de onda de 300 
nm. 
Qual a energia desse fóton em elétrons-volts? 
Adote a constante de Planck 154,14 10 eV s−=   e a 
velocidade da luz de 83,0 10 m s 
a) 64,14 10 b) 1312,42 10− c) 34,14 10− 
d) 372,6 e) 4,14