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Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 1 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r Exercícios de Física Física Moderna 1. A obra Molhe Espiral (acima) faz lembrar o modelo atômico “planetário”, proposto por Ernest Rutherford (Fig. 1). Esse modelo satisfaz as observações experimentais de desvio de partículas alfa ao bombardearem folhas de ouro. Entretanto, ele falha quando se leva em conta a teoria do eletromagnetismo, segundo a qual cargas aceleradas emitem radiação eletromagnética. Assim, o elétron perde energia executando uma trajetória em espiral e colapsando no núcleo (Fig. 2). Com base no enunciado, nas figuras e nos conhecimentos sobre mecânica e eletromagnetismo, considere as afirmativas a seguir. I. A variação do vetor velocidade do elétron evidencia que seu movimento é acelerado. II. Se o módulo da velocidade linear do elétron é constante em toda a trajetória da Fig. 2, a sua velocidade angular aumentará até o colapso com o núcleo. III. O átomo de Rutherford poderia ser estável se o elétron possuísse carga positiva. IV. Na segunda figura, o elétron está desacelerando, uma vez que a força de repulsão eletrostática diminui com o decréscimo do raio da órbita. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas II e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas I, III e IV são corretas. 2. O aparato para estudar o efeito fotoelétrico mostrado na figura consiste de um invólucro de vidro que encerra o aparelho em um ambiente no qual se faz vácuo. Através de uma janela de quartzo, luz monocromática incide sobre a placa de metal P e libera elétrons. Os elétrons são então detectados sob a forma de uma corrente, devido à diferença de potencial V estabelecida entre P e Q. Considerando duas situações distintas a e b, nas quais a intensidade da luz incidente em a e o dobro do caso b, assinale qual dos gráficos representa corretamente a corrente fotoelétrica em função da diferença de potencial. a) b) c) d) e) 3. Em 1926, Louis de Broglie formula, na sua tese de doutorado, que as partículas deveriam se comportar como ondas, da mesma forma que a luz, considerada primeiramente como de caráter ondulatório, deveria ser descrita como partícula para explicar o comportamento do espectro de radiação de um corpo negro. A hipótese de Broglie foi confirmada experimentalmente de forma independente por George P. Thomson e Joseph Davisson, em experiências realizadas usando elétrons em que a difração de Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 2 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r partículas foi observada pela primeira vez. Nestes experimentos, as partículas incidem em uma rede de difração, que consiste de uma série de fendas do mesmo comprimento localizadas a uma distância igualmente espaçada, conhecida como espaçamento da rede. O comprimento da fenda deve ser comparável com o comprimento da onda incidente. Na tabela 1, são reportados alguns comprimentos de onda, , de objetos materiais, todos se movendo com velocidade igual a 100 m/s. Tabela 1 Objeto Massa (kg) (m) Elétron 9,1 x 10 -31 7,27 x 10 -6 Nêutron 1,7 x 10 -27 3,89 x 10 -9 Bola de basebol 0,14 1,18 x 10 -34 Na tabela 2, são reportados o valor de algumas distâncias na natureza. Tabela 2 Definição Distância Raio do átomo de hidrogênio 0.53 x 10 -10 Espaçamento da rede cristalina do ouro 10 -5 – 10 -7 Espaçamento da rede cristalina do grafito- cobre 10 -12 Analise as seguintes afirmações sobre os dados das tabelas. I. O comprimento de onda é inversamente proporcional ao momento linear da partícula, com uma constante de proporcionalidade da ordem de 10 -34 . II. Pode-se usar um arranjo de átomos de hidrogênio para estudar a difração de bolas de basebol. III. Lâminas de ouro podem ser usadas como redes de difração em experimentos de difração de elétrons. Usando a tabela e as informações do enunciado, assinale a alternativa que apresenta as afirmações corretas. a) Apenas I. b) Apenas I e III. c) Apenas I e II. d) Apenas III. 4. Um parâmetro útil para caracterizar o processo de decaimento radioativo de um núcleo particular é a meia-vida. Assinale a alternativa que apresenta a melhor definição de meia- vida. a) É o tempo que um núcleo radioativo leva para decair emitindo elétrons e nêutrons. b) É o tempo gasto para um átomo se tornar radioativo após absorver energia escura emitida pelos átomos próximos. c) É o tempo gasto para que metade de um dado número de núcleos radioativos sofra decaimento. d) É metade do tempo gasto para um dado conjunto de núcleos radioativos emitir radiação. e) É o tempo que um elemento químico gasta para entrar e sair de um meio material. 5. Uma população humana foi acidentalmente exposta à radiação gama, cujas ondas são eletromagnéticas de grande frequência e equivalem a pequenos comprimentos de onda. A exposição foi letal em aproximadamente 20% da população, e os sobreviventes foram monitorados por equipe médica especializada durante décadas. Sobre os efeitos da radiação sobre os indivíduos envolvidos nesse acidente, é correto afirmar: a) a massa das partículas eletromagnéticas causou desvio nas ondas e, consequentemente, baixo poder de penetração na matéria biológica exposta. b) lesões por queimadura e desidratação foram a principal causa de letalidade, enquanto as mutações foram potencialmente danosas a prazo mais longo. c) mutações genéticas ocorreram por ionização da matéria, alterando o comportamento dos alelos em uma população e impedindo a evolução por desequilíbrio gênico. d) a baixa capacidade de penetração dessas ondas eletromagnéticas minimizou os danos genéticos no núcleo celular, sem alteração significativa das frequências alélicas. 6. De acordo com a Teoria da Relatividade quando objetos se movem através do espaço-tempo com velocidades da ordem da velocidade da luz, as medidas de espaço e tempo sofrem alterações. A expressão da contração espacial é dada por 1 2 2 2 oL L 1 v / c , onde v é a velocidade relativa entre o objeto observado e o observador, c é a velocidade de propagação da luz no vácuo, L é o comprimento medido para o objeto em movimento, e 0L é o comprimento medido para o objeto em repouso. A distância Sol-Terra para um observador fixo na Terra é 11 0L l,5 l0 m. Para um nêutron com velocidade v = 0,6 c , essa distância é de a) 101,2 10 m. b) 107,5 10 m. c) 111,0 10 m. d) 111,2 10 m. e) 111,5 10 m. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: A nanotecnologia, tão presente nos nossos dias, disseminou o uso do prefixo neno (n) junto a unidades de medida. Assim, comprimentos de onda da luz visível são, modernamente, expressos em nanômetros (nm), sendo 91 nm 1 10 m . (Considere a velocidade da luz no ar igual a 83 10 m / s .) 7. Cerca de 60 fótons devem atingir a córnea para que o olho humano perceba um f lash de luz, e aproximadamente metade deies são absorvidos ou refletidos pelo meio ocular. Em média, apenas 5 dos fótons restantes são realmente absorvidos pelos fotorreceptores (bastonetes) na retina, sendo os responsáveis pela percepção luminosa. (Considere a constantede Planck h igual a -346,6 I0 J s ) Com base nessas informações, é correto afirmar que, em média, a energia absorvida pelos Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 3 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r fotorreceptores quando luz verde com comprimento de onda igual a 500 nm atinge o olho humano é igual a a) 413,30 10 J. b) 333,96 10 J. c) 321,98 10 J. d) 193,96 10 J. e) 181,98 10 J. 8. Analise as afirmativas abaixo, relativas à explicação do efeito fotoelétrico, tendo como base o modelo corpuscular da luz. I. A energia dos fótons da luz incidente é transferida para os elétrons no metal de forma quantizada. II. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos de uma superfície metálica depende apenas da frequência da luz incidente e da função trabalho do metal. III. Em uma superfície metálica, elétrons devem ser ejetados independentemente da frequência da luz incidente, desde que a intensidade seja alta o suficiente, pois está sendo transferida energia ao metal. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa II é verdadeira. b) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. d) Somente a afirmativa III é verdadeira. e) Todas as afirmativas são verdadeiras. 9. Em certo experimento, um contador Geiger (instrumento que conta o número de eventos de decaimento radioativo por unidade de tempo) foi colocado a 0,5 m de uma amostra radioativa pequena, registrando 1.280 contagens/minuto. Cinco horas mais tarde, quando nova medida foi feita com o contador na mesma posição anterior, foram registradas 80 contagens/minuto. Com base nessas informações, é correto concluir que a meia-vida da amostra é de a) 0,6 h. b) 0,8 h. c) 1,0 h. d) 1,25 h. e) 1,5 h. 10. A Figura 1 mostra o gráfico da intensidade de radiação por comprimento de onda emitida por um corpo negro para diferentes temperaturas. Com base nas informações do gráfico, analise as afirmativas abaixo. I. A temperatura T1 é maior que a temperatura T3. II. A intensidade total de radiação emitida é maior para temperatura T3. III. O comprimento de onda para o qual a radiação é máxima é maior para temperatura T3. IV. As temperaturas T1, T2 e T3 são iguais. V. As intensidades totais de radiação emitida são iguais para T1, T2 e T3. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I, II e V são verdadeiras. b) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. c) Somente a afirmativa I é verdadeira. d) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. e) Somente a afirmativa II é verdadeira. 11. Na passagem do século XIX para o século XX, várias questões e fenômenos que eram temas de discussão e pesquisa começaram a ser esclarecidos graças a ideias que, mais tarde, viriam a constituir a área da física hoje conhecida como Mecânica Quântica. Na primeira coluna da tabela a seguir, estão listados três desses temas; na segunda, equações fundamentais relacionadas às soluções encontradas. Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 4 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r Temas Equações 1- Radiação do corpo negro (a) λ = h/p (Postulado de Louis de Broglie) 2- Efeito fotoelétrico (b) p = σ S T 4 (Lei de Stefan- Boltzmann) 3- Ondas de matéria (c) K = hf – W (Relação de Einstein) Assinale a alternativa que associa corretamente os temas apontados na primeira coluna às respectivas equações, listadas na segunda coluna. a) 1(a) – 2(b) – 3(c) b) 1(a) – 2(c) – 3(b) c) 1(b) – 2(c) – 3(a) d) 1(b) – 2(a) – 3(c) e) 1(c) – 2(b) – 3(a) 12. A Figura 1 mostra um diagrama com cinco níveis de energia do átomo de hidrogênio. A Figura 2 mostra o espectro de emissão do átomo de hidrogênio na faixa do visível e do ultravioleta próximo. A linha Hα (comprimento de onda de 656,3 x 10 -9 m) do espectro de emissão do átomo de hidrogênio (Figura 2) corresponde a uma transição entre os níveis: a) n2 e n1 b) n4 e n2 c) n e n3 d) n3 e n2 e) n3 e n1 13. A figura a seguir mostra um vagão aberto que se move com velocidade de módulo V em relação a um sistema de referência fixo no solo. Dentro do vagão existe uma lâmpada que emite luz uniformemente em todas as direções. Em relação ao vagão, o módulo da velocidade de propagação da luz é c. Para uma pessoa parada em relação ao solo, na frente do vagão, o módulo da velocidade de propagação da luz emitida pela fonte será: a) c b) c + V c) c – V d) c V c V 14. Em desintegrações radioativas, várias grandezas físicas são conservadas. Na situação representada na figura, temos um núcleo de Tório (228Th), inicialmente em repouso, decaindo em núcleo de Rádio (224Ra) e emitindo uma partícula . Na desintegração, a partícula é emitida com uma energia cinética de aproximadamente 8,4 x 10 –13 J. Qual é a energia cinética aproximada do núcleo do Rádio? a) 15,0 x 10 –15 J. b) 8,4 x 10 –15 J. c) 9,0 x 10 –15 J. d) 9,0 x 10 –13 J. e) 15,0 x 10 –13 J. 15. Os níveis de energia do átomo de hidrogênio em eletron- volts (eV) são dados por En = -13,6/n 2 . A radiação presente em transições envolvendo o primeiro estado excitado (n = 2) tem comprimento de onda na região do visível. Um elétron que está inicialmente no primeiro estado excitado absorve um fóton de luz visível (comprimento de onda igual a 480 x 10 -9 m) e é promovido a um novo estado excitado. Levando em conta as aproximações dos valores da constante de Planck (h) e da velocidade da luz no vácuo (c), marque a alternativa que melhor representa o valor de n do novo estado excitado (dados: h = 4 x 10 -15 eV.s, c = 3 x 10 8 m/s). a) 5 b) 4 c) 3 d) 1 16. Em relação a um sistema de referência em repouso, dois elétrons movem-se em sentidos opostos, ao longo da mesma reta, com velocidades de módulos iguais a c/2. Determine a velocidade relativa de aproximação entre os elétrons. Em seguida, assinale a alternativa que apresenta corretamente essa velocidade. a) c / 2 b) 3c / 4 c) 3c / 5 d) 4c / 5 e) c 17. A Física Médica é uma área da Física voltada ao estudo das aplicações da Física na Medicina. Estas aplicações incluem, entre outras, a obtenção de imagens do corpo que auxiliam no diagnóstico de doenças. Um dos equipamentos utilizados para obter essas imagens é o aparelho de raios X. A produção dos raios X ocorre no tubo de raios X, o qual consiste basicamente de uma ampola evacuada que contém dois terminais elétricos, um positivo e um negativo. Os elétrons liberados por um filamento no terminal negativo são acelerados em direção a um alvo metálico no terminal positivo por uma tensão aplicada entre esses terminais. Ao chegarem ao alvo, os elétrons são Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 5 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r bruscamente freados e sua energia cinética é convertida em radiação infravermelha e raios X. Em relação ao descrito acima, afirma-se: I. A energia cinética adquirida pelos elétrons é diretamente proporcional à tensão aplicada entre os terminais positivo e negativo do tubo de raios X. II. O trabalho realizado sobre os elétrons é inversamenteproporcional ao campo elétrico existente no tubo de raios X. III. Se toda a energia cinética de um determinado elétron for convertida em um único fóton de raios X, esse fóton terá uma frequência f igual a E/h, onde E é a energia cinética do elétron e h é a constante de Planck. IV. Em relação ao espectro eletromagnético, a radiações produzidas (radiação infravermelha e raios X) têm frequências superiores às da luz visível. Estão corretas apenas as afirmativas a) I e III. b) I e IV. c) II e IV. d) I, II e III. e) II, III e IV. 18. Um átomo excitado emite energia, muitas vezes em forma de luz visível, porque a) um dos elétrons decai para níveis de energia mais baixos, aproximando-se do núcleo. b) um dos elétrons foi arrancado do átomo. c) um dos elétrons desloca-se para níveis de energia mais altos, afastando-se do núcleo. d) os elétrons permanecem estacionários em seus níveis de energia. 19. Entre as inovações da Física que surgiram no início do século XX, uma foi o estabelecimento da teoria _______, que procurou explicar o surpreendente resultado apresentado pela radiação e pela matéria conhecido como dualidade entre _______ e ondas. Assim, quando se faz um feixe de elétrons passar por uma fenda de largura micrométrica, o efeito observado é o comportamento _______ da matéria, e quando fazemos um feixe de luz incidir sobre uma placa metálica, o efeito observado pode ser explicado considerando a luz como um feixe de _______. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de palavras para o preenchimento das lacunas nas frases acima. a) Relativística – partículas – ondulatório – partículas. b) Atomística – radiação – rígido – ondas. c) Quântica – partículas – ondulatório – partículas. d) Relativística – radiação – caótico – ondas. e) Quântica – partículas – ondulatório – ondas. 20. Qual das afirmações a seguir é correta para a teoria da relatividade de Einstein? a) No vácuo, a velocidade da luz depende do movimento da fonte de luz e tem igual valor em todas as direções. b) Elétrons são expulsos de uma superfície quando ocorre a incidência de uma radiação eletromagnética (luz). c) Em determinados fenômenos, a luz apresenta natureza de partícula e, em outros, natureza ondulatória. d) Na natureza, não podem ocorrer interações de velocidades superiores à velocidade da luz c. 21. O LHC ("Large Hadron Collider"), maior acelerador de partículas do mundo, foi inaugurado em setembro de 2008, após 20 anos de intenso trabalho. Sua função é acelerar feixes de partículas, de tal forma que estes atinjam uma velocidade estimada em cerca de 99,99% da velocidade da luz. A colisão entre prótons será tão violenta que a expectativa é de se obterem condições próximas àquelas que existiram logo após o Big Bang. "A primeira missão desse novo acelerador é estudar partículas indivisíveis (elementares) e as forças (interações) que agem sobre elas. Quanto às forças, há quatro delas no universo: I) a __________, responsável por manter o núcleo atômico coeso; II) a __________, que age quando uma partícula se transforma em outra; III) a __________, que atua quando cargas elétricas estão envolvidas. A quarta força é a _______ (a primeira conhecida pelo ser humano)". No texto, foram omitidas as expressões correspondentes às nomenclaturas das quatro forças fundamentais da natureza, em acordo com a teoria mais aceita no meio científico hoje. Assinale a alternativa que apresenta, correta e respectivamente, os nomes dessas forças. a) força gravitacional, força nuclear fraca, força eletromagnética, força nuclear forte. b) força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca,força gravitacional. c) força nuclear forte, força nuclear fraca, força eletromagnética, força gravitacional. d) força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca. e) força nuclear fraca, força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética. 22. A faixa de radiação eletromagnética perceptível dos seres humano está compreendida entre o intervalo de 400 nm a 700 nm. Considere as afirmativas a seguir. I - A cor é uma característica somente da luz absorvida pelos objetos. II - Um corpo negro ideal absorve toda a luz incidente, não refletindo nenhuma onda eletromagnética. III - A frequência de uma determinada cor (radiação eletromagnética) é sempre a mesma. IV - A luz ultravioleta tem energia maior do que a luz infravermelha. Assinale a alternativa CORRETA. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e III são corretas. c) Somente as afirmativas II e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, III e IV são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 23. “Quatro, três, dois, um... Vá!” O relógio marcava 9h32min (4h32min em Brasília) na sala de comando da Organização Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 6 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r Europeia de Pesquisa Nuclear (CERN), na fronteira da Suíça com a França, quando o narrador anunciou o surgimento de um flash branco nos dois telões. Era sinal de que o experimento científico mais caro e mais complexo da humanidade tinha dado seus primeiros passos rumo à simulação do Big Bang, a grande explosão que originou o universo. A plateia, formada por jornalistas e cientistas, comemorou com aplausos assim que o primeiro feixe de prótons foi injetado no interior do Grande Colisor de Hadrons (LHC – Large Hadrons Collider), um túnel de 27 km de circunferência construído a 100 m de profundidade. Duas horas depois, o segundo feixe foi lançado, em sentido contrário. Os feixes vão atingir velocidade próxima à da luz e, então, colidirão um com o outro. Essa colisão poderá ajudar a decifrar mistérios do universo. Segundo o texto, o experimento no LHC fornecerá dados que possibilitarão decifrar os mistérios do universo. Para analisar esses dados provenientes das colisões no LHC, os pesquisadores utilizarão os princípios de transformação da energia. Sabendo desses princípios, pode-se afirmar que a) as colisões podem ser elásticas ou inelásticas e, em ambos os casos, a energia cinética total se dissipa na colisão. b) a energia dos aceleradores é proveniente da energia liberada nas reações químicas no feixe injetado no interior do Grande Colisor. c) o feixe de partículas adquire energia cinética proveniente das transformações de energia ocorridas na interação do feixe com os aceleradores. d) os aceleradores produzem campos magnéticos que não interagem com o feixe, já que a energia preponderante das partículas no feixe é a energia potencial. e) a velocidade das partículas do feixe é irrelevante nos processos de transferência de energia nas colisões, sendo a massa das partículas o fator preponderante. 24. Um avião militar "relativístico" voa com uma velocidade constante de 0,9 c, onde c é a velocidade da luz no vácuo. Esse avião dispara um míssil. O piloto observa que o míssil se afasta do avião com uma velocidade de 0,6 c. No mesmo instante, um feixe de laser é disparado em relação ao avião com uma velocidade c. Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, os valores da velocidade do míssil e da velocidade do feixe de laser, percebidos por um observador em um referencial estacionário. a) c e c. b) 0,97 c e c. c) 1,50 c e c. d) 1,50 c e 1,90 c. e) 0,30 c e 0,10 c. 25. Leia a tirinha a seguir. Para validar a proposta do analista, ocorrência da dualidade onda-partícula,o senhor Fóton deve ser capaz de sofrer a) interferência e refração. b) interferência e polarização. c) difração e efeito fotoelétrico. d) efeitos fotoelétrico e compton. 26. Suponha que, no futuro, uma base avançada seja construída em Marte. Suponha, também, que uma nave espacial está viajando em direção à Terra, com velocidade constante igual à metade da velocidade da luz. Quando essa nave passa por Marte, dois sinais de rádio são emitidos em direção à Terra - um pela base e outro pela nave. Ambos são refletidos pela Terra e, posteriormente, detectados na base em Marte. Sejam tB e tn os intervalos de tempo total de viagem dos sinais emitidos, respectivamente, pela base e pela nave, desde a emissão até a detecção de cada um deles pela base em Marte. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que a) tn = (1/2) tB b) tn = (2/3) tB c) tn = (5/6) tB d) tn = tB 27. A luz, segundo a física moderna, apresenta caráter dual, ou seja, em certos fenômenos, manifesta comportamento de partícula e, em outros, de onda. Complete a coluna 2 de acordo com a coluna 1, segundo o comportamento da luz. COLUNA 1 1. onda 2. partícula COLUNA 2 ( ) efeito fotoelétrico ( ) polarização ( ) refração ( ) interferência A sequência CORRETA é a) 1 - 2 - 2 - 2. b) 1 - 1 - 2 - 2. c) 1 - 1 - 1 - 2. d) 2 - 2 - 1 - 1. e) 2 - 1 - 1 - 1. Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 7 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r 28. Um elétron e um pósitron, de massa m = 9,11 × 10 -31 kg, cada qual com energia cinética de 1,20 MeV e mesma quantidade de movimento, colidem entre si em sentidos opostos. Neste processo colisional as partículas aniquilam-se, produzindo dois fótons γ1 e γ2. Sendo dados: constante de Planck h = 6,63 × 10 -34 J.s; velocidade da luz c = 3,00 × 10 8 m/s; 1 eV = 1,6 × 10 -19 J; 1 femtometro = 1 fm = 1 × 10 -15 m, indique os respectivos valores de energia E e do comprimento de onda dos fótons. a) E = 1,20 MeV; λ = 2435 fm b) E = 1,20 MeV; λ = 1035 fm c) E = 1,71 MeV; ë = 726 fm d) E = 1,46 MeV; λ = 0,28 × 10 -2 fm e) E = 1,71 MeV; λ = 559 fm 29. O espectro de radiação emitido por um corpo negro ideal depende basicamente de a) seu volume. b) sua condutividade térmica. c) sua massa. d) seu calor específico. e) sua temperatura. 30. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir, na ordem em que aparecem. De acordo com a relatividade restrita, é ___________ atravessarmos o diâmetro da Via Láctea, uma distância de aproximadamente 100 anos-luz (equivalente a 10 18 m), em um intervalo de tempo bem menor que 100 anos. Isso pode ser explicado pelo fenômeno de ___________ do comprimento, como visto pelo viajante, ou ainda pelo fenômeno de ___________ temporal, como observado por quem está em repouso em relação à galáxia. a) impossível - contração - dilatação b) possível - dilatação - contração c) possível - contração - dilatação d) impossível - dilatação - contração e) impossível - contração - contração 31. A energia relativística do fóton é dada por E = Xc, onde c indica a velocidade da luz. Utilizando conhecimentos de física moderna e análise dimensional, assinale a alternativa correta no tocante à dimensão de X . a) Força. b) Massa. c) Velocidade. d) Comprimento. e) Quantidade de movimento. 32. Um átomo em seu estado fundamental absorve a energia de um fóton e passa para um estado excitado. Sabe-se que, ao decair para outro estado intermediário (exceto o fundamental), o átomo emite um fóton. Considere as seguintes afirmações a esse respeito. I - O estado intermediário tem energia maior que o estado fundamental. II - O fóton emitido tem frequência menor que o fóton absorvido. III - Ao emitir o fóton, o átomo não recua. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas I e II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 33. "Determinadas grandezas podem caracterizar tanto raios X quanto um átomo de hidrogênio". Dentre as grandezas a seguir, qual não se enquadra nessa descrição? a) Comprimento de onda b) Momento linear c) Velocidade d) Energia e) Massa de repouso 34. O efeito fotoelétrico, explorado em sensores, células fotoelétricas e outros detectores eletrônicos de luz, refere-se à capacidade da luz de retirar elétrons da superfície de um metal. Quanto a este efeito, pode-se afirmar que a) a energia dos elétrons ejetados depende da intensidade da luz incidente. b) a energia dos elétrons ejetados é discreta, correspondendo aos quanta de energia. c) a função trabalho depende do número de elétrons ejetados. d) a velocidade dos elétrons ejetados depende da cor da luz incidente. e) o número de elétrons ejetados depende da cor da luz incidente. 35. Sabendo que uma lâmpada de vapor de sódio emite preferencialmente luz na cor laranja-amarelada, λ = 600 nm, pode-se afirmar que um fóton emitido por essa lâmpada apresenta uma energia de Dados: h = 6,6 x 10 -34 J.s; c = 3 x 10 8 m/s; 1nm = 10 -9 a) 1,1 x 10 -39 J. b) 2,2 x 10 -29 J. c) 3,3 x 10 -19 J. d) 4,4 x 10 -9 J. e) 5,5 x 10 19 J. 36. Quando se faz incidir luz de uma certa frequência sobre uma placa metálica, qual é o fator que determina se haverá ou não emissão de fotoelétrons? a) A área da placa. b) O tempo de exposição da placa à luz. c) O material da placa. Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 8 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r d) O ângulo de incidência da luz. e) A intensidade da luz. 37. O efeito fotoelétrico é usado em dispositivos para controlar o funcionamento das lâmpadas nos postes de iluminação pública. Tal efeito evidencia a natureza a) transversal de onda eletromagnética. b) longitudinal de onda eletromagnética. c) ondulatória da luz. d) corpuscular da luz. e) vibracional da luz. 38. Considere as afirmativas a seguir. I. O tempo transcorre da mesma maneira em qualquer referencial inercial, independente da sua velocidade. II. O comprimento dos corpos diminui na direção do movimento. III. Quando a velocidade de um corpo tende à velocidade da luz (c), sua massa tende ao infinito. De acordo com seus conhecimentos sobre Física Moderna e as informações dadas, está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s) a) I e III. b) I e II. c) II e III. d) I, II e III. e) II. 39. Transições eletrônicas, em que fótons são absorvidos ou emitidos, são responsáveis por muitas das cores que percebemos. Na figura a seguir, vê-se parte do diagrama de energias do átomo de hidrogênio. Na transição indicada (E3 E2), um fóton de energia a) 1,9 eV é emitido. b) 1,9 eV é absorvido. c) 4,9 eV é emitido. d) 4,9 eV é absorvido. e) 3,4 eV é emitido. 40. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir, na ordem em que aparecem. De acordo com a Física Quântica, a energia interna de um átomo está quantizada em níveis discretos. Pelo modelo atômico de Bohr, os valores de energia dos níveis discretos do átomo de hidrogênio livre são dados por En = (2,18 × 10 -18 )/n 2 , n = 1, 2, 3, ..., em J onde n é o número quântico que identifica cada nível de energia. Sendo h = 6, 6 × 10 -34J.s o valor aproximado da constante de Planck, para sofrer uma transição atômica do nível inicial n = 3 para o nível fundamental n = 1, um átomo de hidrogênio deverá .................. radiação eletromagnética de frequência aproximadamente igual a ................... hertz. a) absorver - 1, 6 × 10 14 b) emitir - 2, 5 × 10 14 c) absorver - 3, 6 × 10 14 d) emitir - 2, 9 × 10 15 e) absorver - 3, 3 × 10 15 41. Na questão a seguir assinale a afirmativa INCORRETA. a) Cada átomo possui níveis de energia que podem ser ocupados por seus elétrons. b) Para todos os átomos de todos os elementos, os níveis de energia são iguais. c) Os níveis de energia são quantizados, ou seja, o átomo deverá absorver ou emitir quantidades específicas de energia. d) Para os elétrons mudarem de um nível de energia para outro, o átomo deverá absorver ou emitir energia. 42. "Buraco negro" é o nome dado a regiões do espaço sideral de onde radiostelescópios não captam nenhuma emissão de ondas eletromagnéticas. A designação "negro" vem do fato de que nenhuma luz emana daquele local. A astronomia detectou que há um fluxo intenso de radiação eletromagnética e de matéria para dentro do buraco negro que, portanto, não é vazio e sim hiperdenso em termos de concentração de massa e energia. O fato de que não sai luz visível de um buraco negro pode ser associado a qual das seguintes alternativas? a) Por ser hiperdenso, o "buraco negro" tem a capacidade de emitir todas as cores de luz, formando uma mistura de cor "negra". b) A forte concentração de nêutrons no buraco negro não permite a saída de luz por causa da atração eletrostática. c) Mesmo que muito pequena, a luz tem uma massa associada a ela e fica presa ao "buraco negro" pela forte atração gravitacional. d) O "buraco negro" tem temperatura próxima ao zero absoluto e, por isso, não emite radiação alguma. 43. CONDIÇÕES DE BLINDAGEM: Para essa fonte, uma placa de Pb, com 2 cm de espessura, deixa passar, sem qualquer alteração, metade dos raios nela incidentes, absorvendo a outra metade. Um aparelho de Raios X industrial produz um feixe paralelo, com intensidade I0. O operador dispõe de diversas placas de Pb, cada uma com 2 cm de espessura, para serem utilizadas como blindagem, quando colocadas perpendicularmente ao feixe. Em Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 9 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r certa situação, os índices de segurança determinam que a intensidade máxima I dos raios que atravessam a blindagem seja inferior a 0,15 I0. Nesse caso, o operador deverá utilizar um número mínimo de placas igual a: a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 44. Para explicar o efeito fotoelétrico, Einstein, em 1905, apoiou-se na hipótese de que: a) a energia das ondas eletromagnéticas é quantizada. b) o tempo não é absoluto, mas depende do referencial em relação ao qual é medido. c) os corpos contraem-se na direção de seu movimento. d) os elétrons em um átomo somente podem ocupar determinados níveis discretos de energia. e) a velocidade da luz no vácuo corresponde à máxima velocidade com que se pode transmitir informações. 45. Antes mesmo de ter uma ideia mais correta do que é a luz, o homem percebeu que ela era capaz de percorrer muito depressa enormes distâncias. Tão depressa que levou Aristóteles - famoso pensador grego que viveu no século IV a.C. e cujas obras influenciaram todo o mundo ocidental até a Renascença - a admitir que a velocidade da luz seria infinita. GUIMARÃES, L. A.; BOA, M. F. Termologia e óptica. São Paulo: Harbra, 1997. p. 177 Hoje sabe-se que a luz tem velocidade de aproximadamente 300000 km/s, que é uma velocidade muito grande, porém finita. A teoria moderna que admite a velocidade da luz constante em qualquer referencial e, portanto, torna elásticas as dimensões do espaço e do tempo é: a) a teoria da relatividade. b) a teoria da dualidade onda - partícula. c) a teoria atômica de Bohr. d) o princípio de Heisenberg. e) a lei da entropia. 46. Observe esta figura: Paulo Sérgio, viajando em sua nave, aproxima-se de uma plataforma espacial, com velocidade de 0,7 c , em que c é a velocidade da luz. Para se comunicar com Paulo Sérgio, Priscila, que está na plataforma, envia um pulso luminoso em direção à nave. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que a velocidade do pulso medida por Paulo Sérgio é de a) 0,7 c. b) 1,0 c. c) 0,3 c. d) 1,7 c. 47. Na figura a seguir, as flechas numeradas de 1 até 9 representam transições possíveis de ocorrer entre alguns níveis de energia do átomo de hidrogênio, de acordo com o modelo de Bohr. Para ocorrer uma transição, o átomo emite (ou absorve) um fóton cuja energia (hc/λ) é igual a │∆E│ (h é a constante de Planck, c é a velocidade da luz no vácuo, λ é o comprimento de onda do fóton e ∆E é a diferença de energia entre os dois níveis envolvidos na transição). Suponha que o átomo emite os fótons X e Y, cujos comprimentos de onda são, respectivamente, λx = 1,03 x 10 7 m e λy = 4,85 x 10 7 m. As transições corretamente associadas às emissões desses dois fótons são (use h = 4,13 x 10 15 eV.s e c = 3,0 x 10 8 m/s): a) 4 e 8 b) 2 e 6 c) 3 e 9 d) 5 e 7 e) 1 e 7 48. Qual dos gráficos adiante melhor representa a taxa P de calor emitido por um corpo aquecido, em função de sua temperatura absoluta T? 49. Considere as seguintes afirmações: Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 10 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r I. No efeito fotoelétrico, quando um metal é iluminado por um feixe de luz monocromática, a quantidade de elétrons emitidos pelo metal é diretamente proporcional à intensidade do feixe incidente, independentemente da frequência da luz. II. As órbitas permitidas ao elétron em um átomo são aquelas em que o momento angular orbital é n h / 2π, sendo n = 1, 3, 5... . III. Os aspectos corpuscular e ondulatório são necessários para a descrição completa de um sistema quântico. IV. A natureza complementar do mundo quântico é expressa, no formalismo da Mecânica Quântica, pelo princípio de incerteza de Heisenberg. Quais estão corretas ? a) I e Il. b) I e IIl. c) I e IV. d) II e III. e) III e IV. 50. Certa fonte radioativa emite 100 vezes mais que o tolerável para o ser humano e a área onde está localizada foi isolada. Sabendo-se que a meia vida do material radioativo é de 6 meses, o tempo mínimo necessário para que a emissão fique na faixa tolerável é, em anos, de a) 4 b) 6 c) 8 d) 10 e) 12 Prof. Fernando Valentim- nandovalentim@yahoo.com.br 11 | P r o j e t o F u t u r o M i l i t a r – w w w . f u t u r o m i l i t a r . c o m . b r Gabarito 1- A 2- C 3- B 4- C 5- B 6- D 7- E 8- C 9- D 10- E 11- C 12- D 13- A 14- A 15- B 16- D 17- A 18- A 19- C 20- D 21- C 22- E 23- C 24- B 25- C 26- D 27- E 28- C 29- E 30- C 31- E 32- B 33- E 34- D 35- C 36- C 37- D 38- C 39- A 40- D 41- B 42- C 43- B 44- A 45- A 46- B 47- B 48- C 49- E 50- A
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