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FÍSICA MODERNA – 2017 – 2016 - 2015
Efeito fotoelétrico
01-(UFPR-PR-017)
Entre os vários trabalhos científicos desenvolvidos por Albert Einstein, destaca-se o efeito
fotoelétrico, que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1921.
Sobre esse efeito, amplamente utilizado em nossos dias, é correto afirmar:
a) Trata-se da possibilidade de a luz incidir em um material e torná-lo condutor, desde que a intensidade da energia da radiação luminosa seja superior a um valor limite.
b) É o princípio de funcionamento das lâmpadas incandescentes, nas quais, por ação da corrente elétrica que percorre o seu filamento, é produzida luz.
c) Ocorre quando a luz atinge um metal e a carga elétrica do fóton é absorvida pelo metal, produzindo corrente elétrica.
d) É o efeito que explica o fenômeno da faísca observado quando existe uma diferença de potencial elétrico suficientemente grande entre dois fios metálicos próximos.
e) Corresponde à ocorrência da emissão de elétrons quando a frequência da radiação luminosa incidente no metal for maior que um determinado valor, o qual depende do tipo de metal em que a luz incidiu.
02-(UEL-PR-017)
Considere que as lâmpadas descritas na charge emitem luz amarela que incide na superfície de uma placa metálica colocada próxima a elas.
Com base nos conhecimentos sobre o efeito fotoelétrico, assinale a alternativa correta.
a) A quantidade de energia absorvida por um elétron que escapa da superfície metálica é denominada de fótons e tem o mesmo valor para qualquer metal.
b) Se a intensidade luminosa for alta e a frequência da luz incidente for menor que a frequência-limite, ou de corte, o efeito fotoelétrico deve ocorrer na placa metálica.
c) Se a frequência da luz incidente for menor do que a frequência-limite, ou de corte, nenhum elétron da superfície metálica será emitido.
d) Quando a luz incide sobre a superfície metálica, os núcleos atômicos próximos da superfície absorvem energia suficiente e escapam para o espaço.
e) Quanto maior for a função trabalho da superfície metálica, menor deverá ser a frequência-limite, ou de corte, necessária para a emissão de elétrons.
03-(FGV-SP-017)
A função
trabalho de certo metal é 9,94·10–19
J.
Considere a constante de Planck com o valor 6,63·10-34 J·s.
A frequência mínima a partir da qual haverá efeito fotoelétrico sobre esse metal é, em1015 Hz, de
(A) 1,1.
(B) 1,2.
(C) 1,5.
(D) 1,7.
(E) 1,9.
04-(UEM-PR-017)
Os raios X e outras formas de radiação ionizante são muito utilizados em diagnósticos e terapias médicas.
Sobre este assunto, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).
Considere 1 eV = 1,610-19 J e a constante de Planck h = 410-15 eVs.
02) As radiações ionizantes podem gerar danos na medula óssea.
Uma dose mínima de radiação para gerar tal dano tem valor de 0,5 Jkg.Portanto, neste caso, a energia total absorvida por um indivíduo de 70 kg é de 35 J.
04) As causas de morte celular devido às radiações ionizantes podem ser resultantes de falência reprodutiva celular, necrose ou apoptose.
08) Equipamentos para tratamento de câncer, tais como aceleradores lineares, trabalham com radiações de energia de 9 MeV. Isso éequivalente a aproximadamente 1,410-12 J.
16) Equipamentos de raios X para a realização de exames de radiografia tipicamente trabalham com radiações com energia de 40 keV. Portanto, os fótons de raios X nesses equipamentos possuem frequência de 201018 Hz.
05-(UFES–ES–017)
Para radiação ultravioleta (UV) com comprimento de onda na faixa 200 - 315 nm, o máximo tempo de exposição (∆t) a cada período de 8 h é função do nível de irradiação solar efetiva Ief.
A irradiação é definida como potência incidente por unidade de área.
A tabela abaixo mostra valores típicos de tolerância à irradiação.
Em uma dada região andina, há um buraco na camada de ozônio, sendo necessário que todos os habitantes dessa região estejam bem protegidos, pois, ao meio dia somente podem expor sua pele ao sol por um tempo máximo de ∆t = 6,00 s.
A) Considerando que o efeito médio da radiação solar seja representado por fótons de frequência f = 1,20.1015 Hz, determine o comprimento de onda, em nanômetros e a energia média de cada fóton em eV.
B) Nas condições do item (A), determine a quantidade total de fótons que incide em cada cm2 de pele, supondo uma exposição ao sol pelo tempo máximo de ∆t = 6,00 s.
C) Considerando um habitante da região andina com 2,00 m2 de pele e a hipótese de que toda a área de sua pele tenha recebido uniformemente a mesma irradiação, calcule a energia total absorvida pelo corpo desse habitante no tempo máximo de exposição ao sol de ∆t = 6,00 s.
06-(UDESC-SC-016)
Para se chegar à descrição atual sobre a natureza da luz, caracterizada pelo comportamento dual (onda-partícula), houve debates épicos entre propositores e defensores de modelos explicativos divergentes.
Sobre a natureza da luz, um dos debates que ficou marcado na história da Ciência envolveu grandes estudiosos, tendo de um lado Isaac Newton e de outro Christiaan Huygens.
Focado no debate Newton-Huygens, relativo à natureza da luz, analise as proposições.
I. Dois aspectos centrais alimentavam o debate entre Newton e Huygens; o primeiro de natureza metodológica e o segundo que envolvia a aceitação ou não do conceito de vácuo e as suas implicações.
II. Newton e Huygens tinham concepções diferentes sobre o espaço físico e a natureza da luz, porém, concordavam que os modelos explicativos para a propagação da luz teriam que ser alcançados a partir de um modelo mecânico.
III. O debate Newton-Huygens ocorreu exclusivamente devido à divergência sobre o conceito de vácuo, mas ambos defendiam a natureza ondulatória da luz.
IV. Assumindo perspectivas teóricas e metodológicas diferentes, Newton propôs uma
explicação corpuscular para a luz, enquanto Huygens defendia uma visão ondulatória para a luz.
Assinale a alternativa correta:
A. ( ) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.
B. ( ) Somente a afirmativa III é verdadeira.
C. ( ) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
D. ( ) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
E. ( ) Somente a afirmativa IV é verdadeira.
07-(UFSC-SC-016)
Em
6 de novembro de 2014, estreava no Brasil o filme de ficção
científica Interestelar, que abordou, em sua trama, aspectos
de Física
Moderna.
Um dos fenômenos mostrados no filme foi a dilatação
temporal,
já prevista na Teoria da Relatividade de Albert Einstein. Além da
relatividade, Einstein explicou o Efeito
Fotoelétrico,
que lhe rendeu o prêmio Nobel de 1921.
Sobre os fenômenos referidos acima, é CORRETO afirmar que:
01. o Efeito Fotoelétrico foi explicado atribuindo-se à luz o comportamento corpuscular.
02. a alteração da potência de uma radiação que provoca o Efeito Fotoelétrico altera a energia cinética dos elétrons arrancados e não onúmero de elétrons.
04. de acordo com a Teoria da Relatividade, as leis da Física são as mesmas para qualquer referencial inercial.
08. de acordo com a Teoria da Relatividade, a velocidade da luz no vácuo é uma constante universal, é a mesma em todos os sistemas inerciais de referência e não depende do movimento da fonte de l
08-(UNIMONTES-MG-015)
Em 1924, o Físico francês Louis de Broglie, em sua tese de Doutorado, formulou a hipótese de que
a matéria teria um comprimento de onda λ associado a ela, dado pela expressão λ = h/mv, sendo m a massa da partícula material considerada, h = 6,63 × 10-34 J.s a constante de Planck e v sua velocidade. Considerada a hipótese de ‘de Broglie’, um elétron que se move a uma velocidade de módulo 7,28 × 106 m/s manifesta uma onda de matéria cujo comprimento de onda é da ordem de
Dado: m = 9,14.10-31 kg.
09-(UFPR-PR-015)
No final do século XIX e início do século XX, a Física se defrontou com vários problemas que não podiam ser explicados com as teorias e modelos aceitos até esse período.
Um desses problemas consistia em explicar corretamente o fenômeno do Efeito Fotoelétrico. Sobre esse efeito, considere as seguintes afirmativas:
1. Esse efeito foi observado primeiramente por Henrich Hertz e sua explicação correta foi publicada em 1905 por Niels Bohr.
2. A explicação correta desse efeito utilizou uma ideia de Max Planck, de que a luz incidente não poderia ter energia com um valor qualquer, mas sim uma energia dada por múltiplos inteiros de uma porção elementar.
3. Segundo o modelo proposto, cada fóton, ao colidir com um elétron, transfere-lhe uma quantidade de energia proporcional a sua velocidade.
Assinale a alternativa correta.
a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira.
b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira.
c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira.
d) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.
e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.
10-(UFSC-SC-015)
As ondas eletromagnéticas, como a luz e as ondas de rádio, têm um “sério problema de identidade”. Em algumas situações apresentam-se como onda, em outras, apresentam-se como partícula, como no efeito fotoelétrico, em que são chamadas de fótons. Isto é o que chamamos de dualidade onda-partícula, uma das peculiaridades que encontramos no universo da Física e que nos leva à seguinte pergunta: “Afinal, a luz é onda ou partícula?”. O mesmo acontece com um feixe de elétrons, que pode se comportar ora como onda, ora como partícula.
Com base no que foi exposto, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
01. Um feixe de elétrons incide sobre um obstáculo que possui duas fendas, atingindo um anteparo e formando a imagem apresentada na figura acima. A imagem indica que um feixe de elétrons possui um comportamento ondulatório, o que leva a concluir que a matéria também possui um caráter dualístico.
02. O fenômeno da difração só fica evidente quando o comprimento de onda é da ordem de grandeza da abertura da fenda.
04. O físico francês Louis de Broglie apresentou uma teoria ousada, baseada na seguinte hipótese: “se fótons apresentam características de onda e partícula […], se elétrons são partículas mas também apresentam características ondulatórias, talvez todas as formas de matéria tenham características duais de onda e partícula”.
08. Admitindo que a massa do elétron seja 9,1.10-31 kg e que viaja com uma velocidade de 3.106 m/s, o comprimento de onda de De Broglie para o elétron em questão é 2,4.10-12 m.
16. Após a onda passar pela fenda dupla, as frentes de ondas geradas em cada fenda sofrem o fenômeno de interferência, que pode ser construtiva ou destrutiva. Desta forma, fica evidente o princípio de dependência de propagação de uma onda.
32. Christian Huygens, físico holandês, foi o primeiro a discutir o caráter dualístico da luz e, para tanto, propôs o experimento de fenda dupla
Introdução à Teoria da Relatividade
11-(FGV-SP-017)
A nave “New Horizons”, cuja foto é apresentada a seguir, partiu do Cabo Canaveral em janeiro de 2006 e chegou bem perto de Plutão em julho de 2015.
Foram mais de 9 anos no espaço, voando a 21 km/s. É uma velocidade muito alta para nossos padrões aqui na Terra, mas muito baixa se comparada aos 300 000 km/s da velocidade da luz no vácuo.(http://goo.gl/oeSWn)
Considere uma nave que possa voar a uma velocidade igual a 80% da velocidade da luz e cuja viagem dure 9 anos para nós, observadores localizados na Terra.
Para um astronauta no interior dessa nave, tal viagem duraria cerca de
12-(UEL-PR-017)
A questão do tempo sempre foi abordada por filósofos, como Kant. Na física, os resultados obtidos por Einstein sobre a ideia da “dilatação do tempo” explicam situações cotidianas, como, por exemplo, o uso de GPS.
Com base nos conhecimentos sobre a Teoria da Relatividade de Einstein, assinale a alternativa correta.
a) O intervalo de tempo medido em um referencial em que se empregam dois cronômetros e dois observadores é menor do que o intervalo de tempo próprio no referencial em que a medida é feita por um único observador com um único cronômetro.
b) Considerando uma nave que se movimenta próximo à velocidade da luz, o tripulante verifica que, chegando ao seu destino, o seu relógio está adiantado em relação ao relógio da estação espacial da qual ele partiu.
c) As leis da Física são diferentes para dois observadores posicionados em sistemas de referência inerciais, que se deslocam com velocidade média constante.
d) A dilatação do tempo é uma consequência direta do princípio da constância da velocidade da luz e da cinemática elementar.
e) A velocidade da luz no vácuo tem valores diferentes para observadores em referenciais privilegiados
13-(UFSC-SC-016)
Em
6 de novembro de 2014, estreava no Brasil o filme de ficção
científica Interestelar, que abordou, em sua trama, aspectos
de Física
Moderna.
Um dos fenômenos mostrados no filme foi a dilatação
temporal,
já prevista na Teoria da Relatividade de Albert Einstein. Além da
relatividade, Einstein explicou o Efeito
Fotoelétrico,
que lhe rendeu o prêmio Nobel de 1921.
Sobre os fenômenos referidos acima, é CORRETO afirmar que:
01. o Efeito Fotoelétrico foi explicado atribuindo-se à luz o comportamento corpuscular.
02. a alteração da potência de uma radiação que provoca o Efeito Fotoelétrico altera a energia cinética dos elétrons arrancados e não o número de elétrons.
04. de acordo com a Teoria da Relatividade, as leis da Física são as mesmas para qualquer referencial inercial.
08. de acordo com a Teoria da Relatividade, a velocidade da luz no vácuo é uma constante universal, é a mesma em todos os sistemas inerciais de referência e não depende do movimento da fonte de l
14- (UDESC-SC-015)
A proposição e a consolidação da Teoria da Relatividade e da Mecânica Quântica, componentes teóricos do que se caracteriza atualmente como Física Moderna, romperam com vários paradigmas da Física Clássica. Baseando-se especificamente em uma das teorias da Física Moderna, a Relatividade Restrita, analise as proposições.
I. A massa de um corpo varia com a velocidade e tenderá ao infinito quando a sua velocidade se aproximar da velocidade da luz no vácuo.
II. A teoria da Relatividade Restrita é complexa e abrangente, pois, descreve tanto movimentos retilíneos e uniformes quanto movimentos acelerados.
III. A teoria da Relatividade Restrita superou a visão clássica da ocupação espacial dos corpos, ao provar que dois corpos, com massa pequena e velocidade igual à velocidade da luz no vácuo, podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.
Assinale a alternativa correta.
A. ( ) Somente a afirmativa I é verdadeira.
B. ( ) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
C. ( ) Somente a afirmativa II é verdadeira.
D. ( ) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
E. ( ) Todas as afirmativas são verdadeiras.
Vestibulares Recentes – Resolução Comentada
FÍSICA MODERNA – 2017 – 2016 – 2015
01-
a.
Falsa 
O efeito
fotoelétrico ocorre quando a luz (onda eletromagnética,
radiação eletromagnética) de frequência suficientemente alta
incide sobre a superfície de um metal, ela pode retirar elétrons do
mesmo.
b.
Falsa Nas
lâmpadas incandescentes
a emissão de luz ocorre devido ao aquecimento de seu
filamento por efeito
Joule (choque
dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do filamento)
c.
Falsa Não
é a carga elétrica do
fóton que é absorvida
pelo metal, é a energia do mesmo.
d.
Falsa A faísca ocorre
quando o meio
que era isolante se torna condutor devido
à uma diferença
de potencial muito elevada.
e.
Correta O efeito
fotoelétrico só surge se o metal receber um feixe de radiação
com energia superior à energia mínima de remoção
dos elétrons do metal, provocando a sua saída das
órbitas o que pode ocorrer sem energia cinética (se
a energia da radiação for igual à energia de remoção) ou com
energia cinética, (se a energia da radiação exceder a energia de
remoção dos elétrons).
R- E
02-
Na figura acima temos uma ilustração do efeito fotoelétrico, vamos analisar as alternativas. A energia absorvida varia para cada material analisado, sendo assim alternativa A está incorreta. O efeito fotoelétricosó ocorre se a frequência da luz incidente for maior que a frequência-limite, alternativa B incorreta e a C é a correta. A alternativa D está incorreta, pois não são os núcleos que escapam, são os elétrons que orbitam esses núcleos. Quanto maior a função trabalho mais energia é necessária para se retirar o elétron, consequentemente maior a frequência de luz necessária, alternativa E errada
03-
Equação Fotoelétrica de Einstein
Da
equação W = h.f 
fo =
W/h
fo é
a frequência mínima (frequência de corte) a partir da qual os
elétrons são extraídos do metal.
Assim, nenhum elétron é emitido pelo metal enquanto a frequência da luz (fótons) incidente não ultrapassar um certo limite de frequência, denominada frequência de corte (fo).
fo = 
fo = 
fo =
1,49 Hz.
R- C
04-
04)
Correta 
A radiação
ionizante pode impedir a reprodução celular ou prejudicar este
processo, bem
como matar
as células, processo
conhecido como
necrose. Além
disso, este tipo
de radiação pode provocar
apoptose das células,
que ao contrário
da necrose, é
a morte
das células atingidas,
de forma
programada pelo organismo para
conter odesenvolvimento
de tumores.
08)
Correta Se 1
eV tem energia de 1.6×10-16 J,
então 9×106 eV
terá 14.4×10-13 J.
16)
Errada E
= hf f =
E/h =
(40.103)/(4.10-15) = 10.1015.103 (1/s) f
= 1,0.1019 Hz
R- (02, 04, 08)
05-
A)
São dados: frequência dos
fótons f
= 1,2.1015 Hz e velocidade
da luz no vácuo c = 3.108 m/s 
equação
fundamental da ondulatória V
= c =.f 3.108 = .1,2.1015
= 
=
2,5.10
-7 =
250.10-9 m =
250 nm.
Energia
de cada fóton W
= h.f com h =
constante de Planck =
6,6.10-34J.s W
= 6,6.10-34.1,2.
1015 W
= 7,92.10-19 J.
1
ev = 1,6.10-19 J W
= 7,92.10-19x
W
= 4,95 eV.
B) Consultando a tabela você verifica que no tempo máximo de exposição ∆t = 6,00 s o nível de irradiação vale Ief = 4,95.10-4 Wcm-2.
Como,
pelo enunciado
a irradiação (Ief) é definida como potência (P) incidente por
unidade de área (S) Ief = 
= 
Ief = 
W
= Ief.S.∆t
= 4,95.10-4.1.6 W =
29,7.10-4 =
2,97.10-3 J
(energia total
absorvida
em cada
1 cm2 de
área de pele em ∆t = 6,00 s).
Como
é pedido
o número n de fótons, cada
um com
energia Wf =
7,92.10-19 J, você
terá n
= 
= 
n
= 3,75.1015 fótons.
C) Utilizando a
mesma equação de (B), mas agora com a nova área S = 2 m2 =
2.104 cm2 W
= Ief.S.∆t =
4,95.10-4.2.104.6 W
= 59,4 J
06-
R- D
07-
01 
Verdadeiro Einstein
teorizou que as ondas
eletromagnéticas (modelo
ondulatório) só fariam com que os elétrons fossem ejetados
instantaneamente se
elas se comportassem como partículas (modelo
corpuscular).
02 Falso A potência altera
sim a quantidade de elétrons
arrancados,
quanto maior a
potência, maior o
número de elétrons ejetados. No caso o que altera a energia
cinética é
a frequência.
04 
Verdadeiro De
acordo com o primeiro postulado da teoria da relatividade (princípio
da relatividade), as leis que governam as mudanças de estado
em quaisquer sistemas
físicos tomam a mesma
forma em
quaisquer sistemas
de coordenadas
inerciais.
08 Verdadeiro De
acordo com o segundo postulado da teoria da relatividade (invariância
da velocidade da luz), a luz tem velocidade invariante igual
a c em relação a qualquer sistema
de coordenadas inercial.
08- λ = h/mv — λ = 6,63.10-34/9,14.10-31.7,28.106 = 6,63.10-34/66,54.10-25— λ = 0,1.10-9 — λ = 10-10 m
R- D
09-
1. Esse efeito foi observado primeiramente por Henrich Hertz e sua explicação correta foi publicada em 1905 por Niels Bohr.
1. Falsa — Esse efeito foi observado primeiramente por Henrich Hertz, mas sua explicação correta foi publicada em 1905 por Albert Einstein.
2. A explicação correta desse efeito utilizou uma ideia de Max Planck, de que a luz incidente não poderia ter energia com um valor qualquer, mas sim uma energia dada por múltiplos inteiros de uma porção elementar.
2. Correta — Planck definiu que a radiação era emitida e absorvida em pacotes de energia, bem definidos e em quantidades discretas.
Denominou esta quantidade de energia de quantum (plural = quanta) e afirmou que cada partícula “localizava-se” em níveis de energia quantizados ou estados quânticos, marcando com isso, o nascimento da teoria quântica.
3. Segundo o modelo proposto, cada fóton, ao colidir com um elétron, transfere-lhe uma quantidade de energia proporcional a sua velocidade.
3. Falsa — O efeito fotoelétrico ocorre quando uma placa metálica é exposta a uma radiação eletromagnética de frequência alta, por exemplo, um feixe de luz, e este arranca elétrons da placa metálica. É frequência e não velocidade.
R- B
10- 01. Correta.
02- Correta — As ondas são fortemente difratadas quando o comprimento de onda tem aproximadamente o mesmo tamanho da abertura da fenda (figura 2) ou do tamanho do obstáculo (figura 1).
Figura 1
figura 2
Observe na figura da esquerda que a difração é menos acentuada que na direita.
04. Correta.
08. Falsa — λ=h/mV=6,63.10-34/9,1.10-31.3.106=6,63.10-34/27,3.10-25 — λ=2,4.10-10m.
16. Falsa.
32. Falsa — Foi Thomas Young quem realizou o experimento da dupla fenda.
Soma (01 + 02 + 04)=07
11-
Veja
um resumo
da teoria abaixo:
Dilatação do tempo
R- B
12- O fato de se ter um ou mais cronômetros não influencia na medida do tempo, porém o tempo próprio, que é nada mais que o tempo da pessoa que está em movimento em relação a uma outra que está parada, sempre é menor que o tempo da pessoa em repouso, observe a figura a seguir:
Sendo assim, como não há velocidade maior que a da luz, o tempo próprio só pode ser menor, alternativa A incorreta. Pelo mesmo raciocínio da A o relógio se encontra atrasado, alternativa B incorreta. As leis da física são invariantes para referencias que estão em mesmas velocidades, sendo assim a alternativa C é falsa. A alternativa D está correta, pois realmente o fato da luz ser constante e os referencias mudarem são responsáveis pela dilatação do tempo. E a alternativa E é incorreta justamente pelo fato da velocidade da luz ser constante, não dependendo de referencial.
13-
01 Verdadeiro Einstein
teorizou que as ondas
eletromagnéticas(modelo
ondulatório) só fariam com que os elétrons fossem ejetados
instantaneamente se
elas se comportassem como partículas (modelo
corpuscular).
02 Falso A potência altera
sim a quantidade de elétrons
arrancados,
quanto maior a
potência, maior o
número de elétrons ejetados. No caso o que altera a energia
cinética é
a frequência.
04 Verdadeiro De
acordo com o primeiro postulado da teoria da relatividade (princípio
da relatividade), as leis que governam as mudanças de estado
em quaisquer sistemas
físicos tomam a mesma
forma em
quaisquer sistemas
de coordenadas
inerciais.
08 Verdadeiro De
acordo com o segundo postulado da teoria da relatividade (invariância
da velocidade da luz), a luz tem velocidade invariante igual
a c em relação a qualquer sistema
de coordenadas inercial.
14- I. Verdadeira, a massa é a medida da inércia de um corpo. Assim, à medida que a velocidade de um corpo aumenta sua inércia também aumenta e quando a velocidade do corpo tende à velocidade da luz ( a maior possível), sua inércia e consequentemente sua massa tende ao infinito. Portanto, além do espaço e do tempo, na teoria da velocidade a massa também varia e essa variação é fornecida pela expressão:
Na expressão acima mo é denominada massa de repouso e m, de massa relativística.
Observe
na expressão acima que, se a velocidade V do corpo tende à
velocidade da luz c — m=mo/√1
– V2/c2
— m=mo/√1
– c2/c2
— m=mo/√1
– 1 — m=mo/
0
— quando
o denominador tende a zero, a massa m tende ao infinito.
II. Falsa, a velocidade da luz não depende nem da velocidade do emissor(fonte emissora da luz), nem da velocidade do receptor (observador) do sinal luminoso. A velocidade da luz no vácuo é a velocidade máxima possível de transmissão de interação na Natureza e seu valor é c=3,0.108m/s. Ela não depende do sistema de referência inercial adotado.
III. Falsa
R- A
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FÍSICA MODERNA – 2014 – 2013
01-(AFA-014)
Uma garota de nome Julieta se encontra em uma nave espacial brincando em um balanço que oscila com período constante igual a To, medido no interior da nave, como mostra a figura abaixo.
A nave de Julieta passa paralelamente com velocidade 0,5 c, em que c é a velocidade da luz, por uma plataforma espacial, em relação à qual, o astronauta Romeu se encontra parado.
Durante essa passagem, Romeu mede o período de oscilação do balanço como sendo T e o comprimento da nave, na direção do movimento, como sendo L.
Nessas condições, o período T, medido por Romeu, e o comprimento da nave, medido por Julieta, são respectivamente
02-(AFA-014)
Para a construção de uma célula fotoelétrica, que será utilizada na abertura e fechamento automático
de uma porta, um pesquisador dispõe de quatro metais, cujas funções trabalho (ω) estão listadas na tabela abaixo.
Sendo que essa célula deverá ser projetada para funcionar com luz visível, poderá(ão) ser usado(s) somente o(s) metal(is)
Dados:
H=4,1.10-15 eV.s
Diagrama do espectro visível
03-(UFSC-SC-014)
As ondas eletromagnéticas, como a luz e as ondas de rádio, têm um “sério problema de identidade”. Em algumas situações apresentam-se como onda, em outras, apresentam-se como partícula, como no efeito fotoelétrico, em que são chamadas de fótons. Isto é o que chamamos de dualidade onda-partícula, uma das peculiaridades que encontramos no universo da Física e que nos leva à seguinte pergunta: “Afinal, a luz é onda ou partícula?”. O mesmo acontece com um feixe de elétrons, que pode se comportar ora como onda, ora como partícula.
Com base no que foi exposto, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
01. Um feixe de elétrons incide sobre um obstáculo que possui duas fendas, atingindo um anteparo e formando a imagem apresentada na figura acima. A imagem indica que um feixe de elétrons possui um comportamento ondulatório, o que leva a concluir que a matéria também possui um caráter dualístico.
02. O fenômeno da difração só fica evidente quando o comprimento de onda é da ordem de grandeza da abertura da fenda.
04. O físico francês Louis de Broglie apresentou uma teoria ousada, baseada na seguinte hipótese: “se fótons apresentam características de onda e partícula [...], se elétrons são partículas mas também apresentam características ondulatórias, talvez todas as formas de matéria tenham características duais de onda e partícula”.
08. Admitindo que a massa do elétron seja 9,1.10-31 kg e que viaja com uma velocidade de 3.106 m/s, o comprimento de onda de De Broglie para o elétron em questão é 2,4.10-12 m.
16. Após a onda passar pela fenda dupla, as frentes de ondas geradas em cada fenda sofrem o fenômeno de interferência, que pode ser construtiva ou destrutiva. Desta forma, fica evidente o princípio de dependência de propagação de uma onda.
32. Christian Huygens, físico holandês, foi o primeiro a discutir o caráter dualístico da luz e, para tanto, propôs o experimento de fenda dupla
Efeito fotoelétrico
57-(UFSC-SC-013)
Em um experimento semelhante aos realizados por Hertz, esquematizado na figura abaixo, um
estudante de Física obteve o seguinte gráfico da energia cinética (E) máxima dos elétrons ejetados de uma amostra de potássio em função da frequência (f) da luz incidente.
Com base nas características do fenômeno observado e no gráfico, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
01. O valor da constante de Planck obtida a partir do gráfico é de aproximadamente 4,43.10-15 eVs.
02. A função trabalho do potássio é maior que 2,17 eV.
04. Para frequências menores que 5,0.1014 Hz, os elétrons não são ejetados do potássio.
08. O potencial de corte para uma luz incidente de 6,0.1014 Hz é de aproximadamente 0,44 eV.
16. Materiais que possuam curvas de E (em eV) em função de f (em Hz) paralelas e à direita da apresentada no gráfico possuem função trabalho maior que a do potássio.
32. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos na frequência de 6,5.1014 Hz pode ser aumentada, aumentando-se a intensidade da luz incidente.
58-(UEM-PR-013)
Analise as alternativas abaixo e assinale o que for correto.
01) O princípio da constância da velocidade da luz estabelece que a velocidade da luz no vácuo tem o mesmo valor para todos os observadores, qualquer que seja seu movimento ou o movimento da fonte de luz.
02) O princípio da incerteza de Heisenberg estabelece que quanto maior a precisão na determinação da posição de um corpo, menor é a precisão na determinação da velocidade desse corpo.
04) No modelo atômico de Bohr, os elétrons descrevem órbitas elípticas em torno do núcleo atômico, com energias diretamente proporcionais à distância desses elétrons ao centro do núcleo atômico.
08) Quando radiação ultravioleta incide sobre a superfície polida de um metal de transição, elétrons podem ser arrancados dessa superfície em resposta ao efeito Compton relativo à interação dessa radiação com os elétrons de valência do metal.
16) A radioatividade consiste na emissão de partículas e radiações eletromagnéticas por núcleos atômicos instáveis que, após a emissão, transformam-se em núcleos mais estáveis.
59-(AFA-013)
O elétron do átomo de hidrogênio, ao passar do primeiro estado estacionário excitado, n = 2, para o estado fundamental, n = 1, emite um fóton.
Tendo em vista o diagrama da figura abaixo, que apresenta, de maneira aproximada, os comprimentos de onda das diversas radiações, componentes do espectro eletromagnético, pode-se concluir que o comprimento de onda desse fóton emitido corresponde a uma radiação na região do(s)
a) raios gama b) raios X c) infravermelho d) ultravioleta
Estrutura atômica – átomo de Bohr
48-(UFRN-RN-013)
O Sol irradia energia para o espaço sideral. Essa energia tem origem na sua autocontração gravitacional.
Nesse processo, os íons de hidrogênio (prótons) contidos no seu interior adquirem velocidades muito altas, o que os leva a atingirem temperaturas da ordem de milhões de graus.
Com isso, têm início reações exotérmicas de fusão nuclear, nas quais núcleos de hidrogênio são fundidos, gerando núcleos de He (Hélio) e propiciando a produção da radiação, que é emitida para o espaço. Parte dessa radiação atinge a Terra e é a principal fonte de toda a energia que utilizamos.
Nesse contexto, a sequência de formas de energias que culmina com a emissão da radiação solar que atinge a terra é
49-(UNIMONTES-MG-013)
Considere o parágrafo abaixo.
A grande fonte de energia que abastece o nosso planeta é o Sol. Sem ele, muito provavelmente a
vida na Terra não existiria. Por muito tempo, cientistas e pensadores foram curiosos a respeito da origem da energia irradiada pelo Sol. Com a unificação entre o eletromagnetismo e a ótica, no final do século XIX, e, posteriormente, com o surgimento da Física Moderna e das teorias sobre evolução estelar, é que foi possível encontrar muitas explicações. Sabe-se hoje que a energia irradiada provém de processos de ....................... que ocorrem no interior do Sol, envolvendo núcleos de isótopos leves. Sabe-se também que a radiação luminosa emitida por ele (em várias faixas do espectro eletromagnético) é composta de ................., que apresentam um comportamento dual (onda ou partícula) ao interagirem com a matéria.
Assinale a alternativa cujas palavras preenchem corretamente as lacunas do parágrafo acima.
A) fissão nuclear, nêutrons.
B) combustão, elétrons.
C) fotossíntese, pósitrons.
D) fusão nuclear, fótons.
Introdução à Teoria da Relatividade
49-(PUC-RS-013)
INSTRUÇÃO: Resolver a questão 49 com base no texto e nas afirmativas.
No Instituto do Cérebro da PUCRS, isótopos radioativos que emitem pósitrons são utilizados para
mapear as funções cerebrais.
O pósitron é a antipartícula do elétron. Elétrons e pósitrons são partículas que têm massas iguais e cargas elétricas de módulo também igual, mas com sinais contrários: o elétron é negativo e o pósitron é positivo. Essas partículas constituem o que é conhecido como um par matéria e antimatéria, as quais se aniquilam quando se encontram, gerando dois fótons gama. Se, no instante da aniquilação, o par estiver com velocidade desprezível em relação à da luz, os fótons terão energias iguais e, por conservação de momento linear, serão emitidos na mesma direção, porém em sentidos contrários. Neste caso, a energia desses fótons é dada pela relação E = mc2, onde m é a massa da partícula e c=3,0.108m/s é a velocidade da luz no vácuo.
Num exame médico denominado Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET – Positron Emission Tomography), esses fótons, os quais têm a mesma direção, mas sentidos contrários, são rastreados e permitem a formação da imagem do cérebro. Num exame típico, a aniquilação de pósitrons e elétrons resulta numa perda de massa total de 2,0.10-26kg a cada segundo.
Em relação ao processo de aniquilação descrito acima, afirma-se:
I. A energia emitida na forma de fótons a cada segundo, devida à aniquilação dos pósitrons e elétrons, é 1,8.10-9J.
II. Ocorre conservação da energia, já que a energia associada à massa do par elétron-pósitron se transforma inteiramente na energia dos fótons.
III. Não ocorre conservação da carga, já que a carga elétrica do par elétron-pósitron não é nula, enquanto a carga elétrica dos fótons o é.
Está / Estão correta(s) a(s) afirmativa(s)
A) I, apenas.
B) II, apenas.
C) III, apenas.
D) I e II, apenas.
E) I, II e III.
50-(UNICAMP-SP-013)
O prêmio Nobel de Física de 2011 foi concedido a três astrônomos que verificaram a expansão
acelerada do universo a partir da observação de supernovas distantes. A velocidade da luz é c=3.108m/s.
a) Observações anteriores sobre a expansão do universo mostraram uma relação direta entre a velocidade v de afastamento de uma galáxia e a distância r em que ela se encontra da Terra, dada por v=H.r , em que H=2,3.10-18 s-1 é a constante de Hubble.
Em muitos casos, a velocidade v da galáxia pode ser obtida pela expressão v=c.∆λ/λo, em que λo é o comprimento de onda da luz emitida e ∆λ é o deslocamento Doppler da luz. Considerando ambas as expressões acima, calcule a que distância da Terra se encontra uma galáxia, se ∆λ=0,092λo.
b) Uma supernova, ao explodir, libera para o espaço massa em forma de energia, de acordo com a expressão E=mc2 de qual valor, em kg?
Resolução Comentada – Vestibulares Recentes
FÍSICA MODERNA – 2014 - 2013
01-
Dilatação do tempo:
To – período (tempo que o balanço demora para efetuar um “vai e vem” completo medido no interior da nave) --- T - período do balanço medido por Romeu na plataforma espacial --- T=To/√1 – V2/c2)= To/√1 – (0,5)2c2/c2)= To/√1 – 0,25)=To/√( 1 – 1/4) --- T=To/√3/4=To/√3/2 --- T=2To/√3 =2To√3/√3. √3 --- T=2To√3/3=(2√3/3).To
Dilatação do comprimento L da nave para Julieta:
Lo=L/√1 – V2/c2)= L/√1 – (0,5)2c2/c2)= L/√1 – 0,25)=L/√( 1 – 1/4) --- Lo=L/√3/4=L/√3/2 --- Lo=2L/√3 =2L√3/√3. √3 --- Lo=2L√3/3=(2√3/3).L
R- A
02- A energia mínima para extrair um elétron da placa metálica é denominada função trabalho e está relacionada com o tipo de metal utilizado. Se a energia do fóton que incide (h.f) for maior que a função trabalho (W) a energia em excesso será energia cinética (Ec), de modo que --- W=h.f – Ec --- denominada equação fotoelétrica de Einstein..
Observe na teoria acima que a frequência mínima para extração dos elétrons do metal é fornecida por fo=W/h --- pelo gráfico, os valores máximo e mínimo para as frequências no espectro visível são:
Fvioleta = 7,50.1014 Hz e fvermelho=4,00.1014Hz que, substituídos na expressão fo=W/h fornecem --- violeta --- 7.50.1014=Wvioleta/ 4,1.10-15 --- Wvioleta=30,75.10-1=3,075eV --- vermelha --- 4,00.1014=Wvermelha/4,1.10-15 ---Wvermelha=16,4.10-1=1,64eV --- observe na tabela fornecida que o sódio é o único metal cuja W está compreendido entre esses dois valores --- R- B.
03- 01. Correta.
02- Correta --- As ondas são fortemente difratadas quando o comprimento de onda tem aproximadamente o mesmo tamanho da abertura da fenda (figura 2) ou do tamanho do obstáculo (figura 1).
Figura 1
figura 2
Observe na figura da esquerda que a difração é menos acentuada que na direita.
04. Correta.
08. Falsa --- λ=h/mV=6,63.10-34/9,1.10-31.3.106=6,63.10-34/27,3.10-25 --- λ=2,4.10-10 m.
16. Falsa.
32. Falsa --- Foi Thomas Young quem realizou o experimento da dupla fenda.
Soma (01 + 02 + 04)=07
Efeito fotoelétrico
57- 01. Correta --- A figura abaixo mostra o gráfico da energia cinética do elétron extraído em função da frequência da radiação (fóton, cor) incidente, para uma mesma placa metálica (célula fotoelétrica).
fo é a freqüência mínima (frequência de corte) necessária para produzir o efeito fotoelétrico. Se f=fo o elétron é liberado, mas sua energia cinética é nula. Para frequências inferiores a fo o fenômeno não ocorre.
Porém, para valores superiores a fo, o número de elétrons arrancados é diretamente proporcional à intensidade da radiação eletromagnética incidente, ou seja, aumentando a intensidade da radiação (frequência, cor) incidente no metal, aumenta-se o nível energético dos fótons incidentes, aumentando assim número de elétrons arrancados.
A energia mínima para que ocorra o efeito fotoelétrico corresponde ao ponto onde a curva intercepta o eixo y --- W≈2,14eV --- a frequência mínima para que o efeito fotoelétrico ocorra ocorre no ponto onde a curva intercepta o eixo x --- f=5,0.1014Hz --- W=h.f --- 2,14=h.5.1014 --- h≈0,428.10-14 ≈ 4,28.10-15eVs.
02. Correta --- a energia mínima para extrair um elétron da placa metálica é denominada função trabalho e está relacionada com o tipo de metal utilizado --- utilizando o valor 4,28.10-15 eVs da alternativa 01 para constante de Planck, e sendo a frequência de corte fornecida pelo gráfico f=5.1014 Hz --- E = h . f=4,28.10-15.5.1014 --- E≈2,14eV.
E = 4,43 . 10–15 . 5 . 1014 Hz
E = 2,215 eV
04. Correta --- fo=5.104Hz é a frequência mínima (de corte) a partir da qual os elétrons são extraídos do potássio, adquirindo velocidade e consequentemente energia cinética.
08. Falsa --- para f=6.1014 Hz e h=4,28.10-15eVs --- E=h.f= 4,28.10-15.6.1014=2,528 eV.
16. Correta --- observe no gráfico que, para a mesma placa (mesmo fo), à medida que a freqüência (cor, nível energético) da radiação incidente aumenta, a energia cinética dos elétrons emitidos também aumenta --- portanto, quanto mais para a direita a curva cortar o eixo x, maior será a função trabalho.
32. Falsa --- aumentando a intensidade da radiação (freqüência, cor) incidente no metal, aumenta-se o nível energético dos fótons incidentes, aumentando assim número de elétrons arrancados --- para aumentar a energia cinética de cada elétron você deve aumentar a frequência.
R- ((01 + 02 + 04 +16)=23.
58- 01. Correta.
02. Correta.
04. Falsa --- Leis de Bohr --- Primeira Lei: os elétrons podem girar em órbita somente a determinadas distâncias permitidas do núcleo --- Segunda Lei: um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia.
08- Falsa.
16- Correta.
R- (01, 02, 16).
59- A expressão da energia de um nível n (em elétron-volt) é --- En= - 13,6/n2 --- primeiro estado estacionário n=1 --- E1= - 13,6/12 --- E1= - 13,6 eV --- segundo estado estacionário --- E2= - 13,6/22 --- E2= - 3,4 eV --- energia do fóton emitido (liberada nesse decaimento) --- Efóton=E2 – E1= - 3,4 – (- 13,6) --- Efóton= 10,2 eV --- mas Efóton=h.f (I) e V=c=λ.f --- f=c/λ (II) --- (II) em (I) --- Efóton=h.c/λ --- 10,2 = 4,1.10-15.3.108/λ --- λ = 12,3.10-7/10,2 --- Λ = 1,2.10-7 m --- observe na figura fornecida pelo enunciado que esse fóton está na faixa do ultra-violeta --- R- D.
Estrutura atômica – átomo de Bohr
48- Autocontração gravitacional (potencial gravitacional) --- nesse processo, os íons de hidrogênio (prótons) contidos no seu interior adquirem velocidades muito altas (energia cinética) --- o que os leva a atingirem temperaturas da ordem de milhões de graus (energia térmica) --- com isso, têm início reações exotérmicas de fusão nuclear, nas quais núcleos de hidrogênio são fundidos, gerando núcleos de He (Hélio) e propiciando a produção da radiação (energia de massa) --- parte dessa radiação atinge a Terra (sob forma de radiação eletromagnética) e é a principal fonte de toda a energia que utilizamos --- R- D.
49- R- D. Veja fisicaevestibular.com.br – Física moderna
Introdução à Teoria da Relatividade
49- Como na teoria da relatividade a massa relativística está associada com a velocidade, essa relação faz com que a teoria relativística implique também com a energia --- Einstein contribuiu na sua Teoria Especial da Relatividade com a famosa expressão matemática:
Onde E é a energia própria do corpo e a energia emitida na forma de fótons pode ser determinada por essa equação --- E=m.c2=2.10-26.(3.108)2=2.10-26.9.1016 --- E=18.10-10J=1,8.10-9J --- essa energia devida à aniquilação dos pósitrons e elétrons, é totalmente transformada na energia dos fótons, ocorrendo a conservação de energia --- R- D.
50- Numa explosão de supernova foram liberados 3,24.1048 J , de forma que sua massa foi reduzida para mfinal=4.1030kg. Qual era a massa da estrela antes da explosão?
a) De acordo com o enunciado são dados --- c=3.108m/s --- ∆λ=0,0092λo --- substituindo em expressão fornecida --- v=c.∆λ/λo --- v=3.108.0,092.λo/λo=0,276.1018m/s --- V=2,76.107m/s --- o valor da constante de Hubble também é fornecido --- H=2,3.10-18s-1 --- v=H.r --- 2,76.107 = 2,3.10-18.r --- r=2,76.107/2,3.10-18 --- r=1,2.1025m (distância da Terra até a galáxia)
b) Dados --- E=3,24.1048J --- c=3.108m/s --- massa liberada em forma de energia (massa transformada) --- mt=?
E=mt.c2 --- 3,24.1048=mt.(3.108)2 --- mt=3,24.1048/9.1016 --- mt=0,36.1032kg --- mt=36.1030kg --- mfinal= minicial -mt --- dado --- mfinal=4.1030kg --- 36.1030 = minicial – 4.1030 --- minicial=40.1030kg --- minicial=4,0.1031kg.
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