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projeto Data
___/___/2015
Série:
Turma: U
Professor:
Estudante:
DNA-Sistema Hércules
de Educação
[email protected]
Disciplina:
01) Na figura a seguir está representado um aparato experimental, bastante simplificado, para a
produção de raios X. Nele, elétrons, com carga elétrica q = -1,6×10-19 C, partem do repouso da
placa S1 e são acelerados, na região entre as placas S1 e S2, por um campo elétrico uniforme, de
módulo E=8×104 V/m, que aponta de S2 para S1. A separação entre as placas é d = 2×10-1 m. Ao
passar pela pequena fenda da placa S2, eles penetram em uma região com campo elétrico nulo e
chocam-se com a placa A, emitindo então os raios X.
a) Calcule a diferença de potencial U2 – U1 entre as placas S2 e S1.
b) Calcule a energia cinética com que cada elétron passa pela fenda da placa S2.
c) Suponha que toda a energia cinética de um determinado elétron seja utilizada para a produção
de um único fóton de raio X. Usando a constante de Planck h = 6,7×10-34 J/s, calcule qual a
frequência deste fóton.
02) As fotocélulas, muito utilizadas em controles de portas automáticas, dispositivos de segurança e
interruptores automáticos de iluminação pública, são aplicações do efeito fotoelétrico (fenômeno
que ocorre quando um feixe luminoso de determinada frequência atinge certas superfícies
metálicas, “arrancando” elétrons do metal). Tal fenômeno foi explicado de maneira satisfatória,
por Albert Einstein, em 1905, o que lhe valeu, em 1921, o prêmio Nobel de Física.
Suponha que, ao incidir um feixe luminoso de frequência igual a 1,0 x 1015 Hz sobre uma
superfície metálica de potássio, elétrons são arrancados com uma energia cinética máxima de 2,14
eV (elétron volt). Resolva os itens abaixo.
Dado: constante de Planck h = 4,14 x 10-15 eV.s
a) Para explicar o efeito fotoelétrico, Einstein considerou o caráter ondulatório ou corpuscular da
luz?
b) Se aumentarmos a intensidade luminosa do feixe incidente, sem alterar a frequência, a energia
dos elétrons emitidos aumenta, diminui ou não se altera?
c) Quanto vale, em elétron volt, a função de trabalho do potássio?
d) Calcule, aproximadamente, a menor frequência, em Hertz capaz de fazer com que elétrons
sejam arrancados da superfície do potássio?
03) Um modelo clássico para o elétron considera que ele seja uma esfera de raio e r , cuja carga está
distribuída uniformemente na superfície. A partir de um cálculo simples, pode-se mostrar que a
energia eletrostática armazenada no campo elétrico assim produzido é dada por e2/(2re), onde e é a
Para quem faz DNA, a seleção é natural!
carga do elétron. Ainda que não esteja correto, esse modelo fornece uma estimativa para e r da
ordem de 10−13 cm. Esse valor é próximo ao valor obtido experimentalmente para o raio do
núcleo. É correto afirmar que a estimativa do valor para o raio clássico do elétron pode ser
inferida com a ajuda:
a) Da expressão para a força de Coulomb entre partículas carregadas.
b) Do momento angular do elétron que depende de re.
c) Da expressão relativística para a energia de repouso E = mc2, que fornecerá a expressão re =
e2/(2mc2) para o raio clássico do elétron.
d) Da corrente I associada ao movimento do elétron.
e) Da invariância da carga elétrica que conduzirá a um valor absoluto para o raio clássico r e do
elétron.
04) 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.
Um átomo de hidrogênio tem sua energia quantizada em níveis de energia (En), cujo valor
genérico é dado pela expressão En = -E0/n2, sendo n igual a 1, 2, 3, ... e E0 igual à energia do
estado fundamental (que corresponde a n = 1).
Supondo-se que o átomo passe do estado fundamental para o terceiro nível excitado (n = 4), a
energia do fóton necessário para provocar essa transição é:
a) E0/16.
b) E0/4.
c) E0/2.
d) 15E0/16.
e) 17E0/16.
05) O efeito fotoelétrico usado em sensores elétricos de luz, como as células fotoelétricas, rendeu a
Albert Einstein o Nobel de Física de 1921. O efeito fotoelétrico
a) é a capacidade de o material irradiar energia no espectro visível.
b) refere-se à capacidade da luz de fixar elétrons em uma superfície de metal.
c) refere-se ao curvamento da luz quando próxima de corpos de massa muito grande.
d) refere-se às radiações que, atingindo uma superfície metálica, cedem energia aos elétrons do
metal, “arrancando-os” do mesmo.
e) refere-se ao funcionamento de uma central termelétrica.
06) Pela teoria clássica do eletromagnetismo quando uma carga elétrica é acelerada, então ocorre:
I) emissão de radiação
II) perda de energia
III) ganho de energia
IV) perda de energia e ausência de peso
Está(ão) correta(s):
a) I e
Para quem faz DNA, a seleção é natural!
b) II e III
c) I, II e III
d) II e IV
e) I e IV
07) Uma estrela surge pelo colapso gravitacional de uma nuvem de hidrogênio fria que pelas reações
termonucleares converte elementos mais leves em elementos mais pesados. O estado de agregação
das estrelas é:
a) sólido
b) líquido
d) gasoso
e) plasma
f) gás fermiônico
08) A noção de espaço-tempo, do ponto de vista da teoria da relatividade, para uma partícula que está
em movimento com velocidade próximo da velocidade da luz no vácuo, vista por um observador
em repouso em relação a referida partícula, é melhor descrito por:
I) diminuição da distância c/ aumento da velocidade;
II) Diminuição das distâncias espaciais pata um observador em movimento;
III) aumento do tempo para um observador em movimento;
IV) aumento do tempo para um observador em repouso
Está(ão) correta(s):
a) I e II
b) II e IV
c) I, II e III
d) II e III
e) todas
Obs: o observador está no referencial em repouso em relação à partícula e não a Terra.
09) Sendo h a constante de Planck e supondo a ocorrência da transição eletrônica de um elétron que se
encontra num orbital atômico com energia Ex para outro com energia Ey (Ex >Ey), pode-se
afirmar que, nessa transição:
a) há a emissão de radiação com frequência ν = (Ex – Ey)/h.
b) há a absorção de radiação com frequência ν = (Ey – Ex)/h.
c) há a absorção de radiação com frequência ν = Ex/h.
d) há a emissão de radiação com frequência ν = Ex/h.
e) há tanto a emissão de radiação com frequência ν = (Ex – Ey)/h, quanto a absorção de radiação
com frequência ν = (Ey – Ex)/h.
10) Uma garota de nome Julieta se encontra em uma nave espacial brincando em um balanço que
oscila com período constante igual a T0, medido no interior da nave, como mostra a figura abaixo.
Para quem faz DNA, a seleção é natural!
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
a) 2T0√3/3 e 2L√3/3.
b) 2T0√3/3 e L√3/2.
c) T0√3/2 e 2L√3/3.
d) T0√3/2 e L√3/2.
11) As ideias de Nicolau Copérnico (1473-1543) e de Albert Einstein (1879-1955) marcaram o
pensamento científico de suas respectivas épocas, tornando-os alvo de censura no cenário político.
Quais são essas ideias e por que elas motivaram conflitos?
a) Copérnico afirmou que a Terra gira em torno do Sol em órbitas elípticas e Einstein mudou os
conceitos de espaço-tempo. As ideias de Copérnico eram contrárias aos ensinamentos aristotélicos
e as de Einstein foram questionadas na Alemanha em razão de sua origem étnica.
b) Copérnico afirmou que a Terra gira em torno do Sol em órbitas elípticas e Einstein propôs a
teoria da relatividade. As ideias de Copérnico eram contrárias aos ensinamentos aristotélicos e as
de Einstein foram refutadas por seu apoio à construção da bomba atômica norte-americana.
c) Copérnico afirmou que a Terra gira em torno do Sol em um ano e em torno do seu eixo em um
dia e Einstein propôs a teoria da relatividade. As ideias de Copérnico eram contrárias ao modelo
geocêntrico, enquanto as de Einstein foram contestadas devido ao seu apoio à criação do Estado
de Israel.
d) Copérnico propôs o modelo heliocêntrico e Einstein, a teoria da relatividade. As ideias de
Copérnico contrariaram os dogmas da Igreja e as de Einstein foram refutadas por seu apoio à
construção da bomba atômica norte-americana.
e) Copérnico propôs o modelo heliocêntrico e Einstein mudou os conceitos de espaço-tempo. As
ideias de Copérnico contrariaram os dogmas da Igreja e as de Einstein foram questionadas na
Alemanha em razão de sua origem étnica.
12) O “muon” (ou “méson - m”) é produzido por raios cósmicos nas altas camadas da atmosfera da
Terra ou em aceleradores. Verificou-se, experimentalmente, que seu tempo de vida médio é de
apenas t = 2 x 10–6 s (2 microssegundos). Depois de seu tempo de vida, o muon desaparece,
decaindo em um elétron e um neutrino. Nesse tempo t, a luz (cuja velocidade é c = 3 x 10 8 m/s)
percorre 600 metros. No entanto, um muon formado em grande altitude consegue chegar ao solo e
ser detectado antes de decair, apesar de ter velocidade menor que a luz.
a) Explique por que isso é possível.
b) Considere um muon cujo tempo de vida é 2 x 10-6 s que é formado a uma altitude de 6000
metros e cai na direção do solo com velocidade 0,998 c, onde c é a velocidade da luz. Mostre que
esse muon pode percorrer essa distância antes de decair.
13) Considere o modelo atômico de Bohr para um átomo de hidrogênio e a transição que um elétron,
no estado excitado, faz da órbita, cujo número quântico principal é n = 4, para o estado
fundamental. Sendo a energia no estado fundamental E0= - 13,60 eV e o raio de Bohr, do estado
fundamental igual a r0 = 0,53 angstron, calcule a energia, em elétron volt, do fóton emitido nessa
transição e o raio da órbita do elétron, em angstron, no estado excitado.
Para quem faz DNA, a seleção é natural!
14) A intensidade luminosa é a quantidade de energia que a luz transporta por unidade de área
transversal à sua direção de propagação e por unidade de tempo. De acordo com Einstein, a luz é
constituída por partículas, denominadas fótons, cuja energia é proporcional à sua frequência.
Luz monocromática com frequência de 6 x 1014 Hz e intensidade de 0,2 J/m².s incide
perpendicularmente sobre uma superfície de área igual a 1 cm². Qual o número aproximado de
fótons que atinge a superfície em um intervalo de tempo de 1 segundo?
(Constante de Planck: h = 6,63 x 10-34J.s)
a) 3 x 1011
b) 8 x 1012
c) 5 x 1013
d) 4 x 1014
e) 6 x 1015
15) Qual a contração da Terra ao longo de seu diâmetro para um observador em repouso relativo ao
Sol, sabendo a velocidade orbital da Terra relativa ao Sol é de 30 km/s, e o raio da Terra é 6370
km.
Para quem faz DNA, a seleção é natural!
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