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1. (Ufrs 2011) De acordo com a Teoria da Relatividade quando objetos se movem atravs do espao-tempo com velocidades da ordem da velocidade da luz, as medidas de espao e tempo sofrem alteraes. A expresso da contrao espacial dada por , onde v a velocidade relativa entre o objeto observado e o observador, c a velocidade de propagao da luz no vcuo, L o comprimento medido para o objeto em movimento, e o comprimento medido para o objeto em repouso.A distncia Sol-Terra para um observador fixo na Terra Para um nutron com velocidade v = 0,6 c, essa distncia de a) b) c) d) e) 2. (Ufpb 2011) A Relatividade Especial uma teoria muito bem consolidada experimentalmente, inclusive tendo aplicaes dela no cotidiano. Um exemplo bastante expressivo o aparelho de navegao GPS, o qual est baseado na Relatividade Especial, e construdo com a finalidade de proporcionar orientao espacial com preciso.

Com base nos conceitos da Relatividade Especial, identifique as afirmativas corretas: ( ) A velocidade da luz no vcuo a mesma em todas as direes e em todos os referenciais inerciais e no depende do movimento da fonte ou do observador. ( ) As leis da Fsica dependem do referencial inercial escolhido. ( ) Dois observadores em movimento relativo no concordam, em geral, quanto simultaneidade entre dois eventos. ( ) O tempo prprio o intervalo de tempo entre dois eventos que ocorrem no mesmo ponto em um determinado referencial inercial, medido nesse referencial. ( ) O comprimento prprio de um objeto aquele medido em um referencial no qual ele est em repouso. TEXTO PARA A PRXIMA QUESTO: A nanotecnologia, to presente nos nossos dias, disseminou o uso do prefixo neno (n) junto a unidades de medida. Assim, comprimentos de onda da luz visvel so, modernamente, expressos em nanmetros (nm), sendo . (Considere a velocidade da luz no ar igual a .) 3. (Ufrs 2011) Cerca de 60 ftons devem atingir a crnea para que o olho humano perceba um flash de luz, e aproximadamente metade deles so absorvidos ou refletidos pelo meio ocular. Em mdia, apenas 5 dos ftons restantes so realmente absorvidos pelos fotorreceptores (bastonetes) na retina, sendo os responsveis pela percepo luminosa.(Considere a constante de Planck h igual a )

Com base nessas informaes, correto afirmar que, em mdia, a energia absorvida pelos fotorreceptores quando luz verde com comprimento de onda igual a 500 nm atinge o olho humano igual a a) b) c) d) e) 4. (Udesc 2010) Analise as afirmativas abaixo, relativas explicao do efeito fotoeltrico, tendo como base o modelo corpuscular da luz.

I. A energia dos ftons da luz incidente transferida para os eltrons no metal de forma quantizada.

II. A energia cintica mxima dos eltrons emitidos de uma superfcie metlica depende apenas da frequncia da luz incidente e da funo trabalho do metal.

III. Em uma superfcie metlica, eltrons devem ser ejetados independentemente da frequncia da luz incidente, desde que a intensidade seja alta o suficiente, pois est sendo transferida energia ao metal.

Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa II verdadeira. b) Somente as afirmativas I e III so verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e II so verdadeiras. d) Somente a afirmativa III verdadeira. e) Todas as afirmativas so verdadeiras. 5. (Ufg 2010) Antipartculas, raras na natureza, possuem carga eltrica oposta de suas partculas correspondentes. Se encontrssemos uma fonte de antipartculas, poderamos produzir uma grande quantidade de energia, permitindo que elas se aniquilassem com suas partculas. Dessa forma, calcule:

a) a quantidade de energia que seria liberada se 2,0 gramas de antimatria fossem aniquiladas com 2,0 gramas de sua matria (considere a velocidade da luz igual a 3(108 m/s);

b) por quanto tempo essa energia abasteceria uma cidade com um milho de habitantes, considerando que uma pessoa consome, em mdia, 100 kwh por ms. 6. (Udesc 2010) A Figura 1 mostra o grfico da intensidade de radiao por comprimento de onda emitida por um corpo negro para diferentes temperaturas.

Com base nas informaes do grfico, analise as afirmativas abaixo.

I. A temperatura T1 maior que a temperatura T3.

II. A intensidade total de radiao emitida maior para temperatura T3.

III. O comprimento de onda para o qual a radiao mxima maior para temperatura T3.

IV. As temperaturas T1, T2 e T3 so iguais.

V. As intensidades totais de radiao emitida so iguais para T1, T2 e T3.

Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I, II e V so verdadeiras. b) Somente as afirmativas II e IV so verdadeiras. c) Somente a afirmativa I verdadeira. d) Somente as afirmativas III e IV so verdadeiras. e) Somente a afirmativa II verdadeira. 7. (Pucrs 2010) Para responder a questo, leia as informaes a seguir.

A Fsica Mdica uma rea da Fsica voltada ao estudo das aplicaes da Fsica na Medicina. Estas aplicaes incluem, entre outras, a obteno de imagens do corpo que auxiliam no diagnstico de doenas. Um dos equipamentos utilizados para obter essas imagens o aparelho de raios X. A produo dos raios X ocorre no tubo de raios X, o qual consiste basicamente de uma ampola evacuada que contm dois terminais eltricos, um positivo e um negativo. Os eltrons liberados por um filamento no terminal negativo so acelerados em direo a um alvo metlico no terminal positivo por uma tenso aplicada entre esses terminais. Ao chegarem ao alvo, os eltrons so bruscamente freados e sua energia cintica convertida em radiao infravermelha e raios X.

Em relao ao descrito acima, afirma-se:

I. A energia cintica adquirida pelos eltrons diretamente proporcional tenso aplicada entre os terminais positivo e negativo do tubo de raios X.

II. O trabalho realizado sobre os eltrons inversamente proporcional ao campo eltrico existente no tubo de raios X.

III. Se toda a energia cintica de um determinado eltron for convertida em um nico fton de raios X, esse fton ter uma frequncia f igual a E/h, onde E a energia cintica do eltron e h a constante de Planck.

IV. Em relao ao espectro eletromagntico, a radiaes produzidas (radiao infravermelha e raios X) tm frequncias superiores s da luz visvel.

Esto 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.

8. (Udesc 2010) A Figura 1 mostra um diagrama com cinco nveis de energia do tomo de hidrognio. A Figura 2 mostra o espectro de emisso do tomo de hidrognio na faixa do visvel e do ultravioleta prximo.A linha (comprimento de onda de 656,3 x 10-9 m) do espectro de emisso do tomo de hidrognio (Figura 2) corresponde a uma transio entre os nveis: a) n2 e n1 b) n4 e n2 c) ne n3 d) n3 e n2 e) n3 e n1 9. (Ufop 2010) Em um aparelho de TV de tubos catdicos, a imagem formada quando eltrons produzidos por um filamento que existe no tubo atingem uma tela e so completamente freados. Calcule a ordem de grandeza da frequncia da radiao emitida por um eltron quando esse atinge a tela, admitindo que o eltron deixa o tubo com uma velocidade igual a 10 % da velocidade da luz.

Dados: massa do eltron m = 9,11 x 10-31 kg

velocidade da luz no vcuo c = 3,0 x 108 m/s

constante de Planck h = 6,62 x 10-34 J.s 10. (Ufu 2010) A descoberta da quantizao da energia completou 100 anos em 2000. Tal descoberta possibilitou a construo dos dispositivos semicondutores que formam a base do funcionamento dos dispositivos opto-eletrnicos do mundo atual.

Hoje, sabe-se que uma radiao monocromtica constituda de ftons com energias dadas por

E = hf, onde h6 x 10-34 j.s e f a frequncia da radiao.

Se uma radiao monocromtica visvel, de comprimento de onda = 6 x 107 m, incide do ar (n = 1) para um meio transparente X de ndice de refrao desconhecido, formando ngulos de incidncia e de refrao iguais a 45 e 30, respectivamente, determine:

a) A energia dos ftons que constituem tal radiao visvel.

b) O ndice de refrao do meio transparente X.

c) A velocidade de propagao dessa radiao no interior do meio transparente X. 11. (Ufop 2010) Os nveis de energia do tomo de hidrognio em eletron-volts (eV) so dados por En = -13,6/n2. A radiao presente em transies envolvendo o primeiro estado excitado (n = 2) tem comprimento de onda na regio do visvel. Um eltron que est inicialmente no primeiro estado excitado absorve um fton de luz visvel (comprimento de onda igual a 480 x 10-9 m) e promovido a um novo estado excitado. Levando em conta as aproximaes dos valores da constante de Planck (h) e da velocidade da luz no vcuo (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 108 m/s). a) 5 b) 4 c) 3 d) 1 12. (Ita 2010) No processo de fotossntese, as molculas de clorofila do tipo a nas plantas verdes apresentam um pico de absoro da radiao eletromagntica no comprimento de onda = 6,80 107 m. Considere que a formao de glicose (C6H12O6) por este processo de fotossntese descrita, de forma simplificada, pela reao:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2Sabendo-se que a energia total necessria para que uma molcula de CO2 reaja de 2,34 1018J, o nmero de ftons que deve ser absorvido para formar 1 mo de glicose a) 8. b) 24. c) 48. d) 120. e) 240. 13. (Ufes 2010) Os msons mu ou mons so partculas instveis com tempo mdio de vida de 2 s. Os mons so produzidos na alta atmosfera, milhares de km acima do nvel do mar. A velocidade tpica desses mons de 0,998c (c = 300.000 km/s a velocidade da luz no vcuo).

a) Em uma abordagem no relativista, calcule a distncia mdia percorrida pelos mons.b) Em uma abordagem relativista, sabendo que o fator de Lorentz calcule a distncia mdia percorrida pelos mons do ponto de vista de um observador em repouso na Terra.

c) Do ponto de vista do mon, explique, usando novamente uma abordagem relativista, como muitos mons podem atingir o nvel do mar, apesar de isso ser impossvel em uma abordagem no relativista. 14. (Ufpe 2010) Quando um feixe de luz de comprimento de onda 4,0 x 10-7 m (Efton = 3,0 eV) incide sobre a superfcie de um metal, os fotoeltrons mais energticos tm energia cintica igual a 2,0 eV. Suponha que o comprimento de onda dos ftons incidentes seja reduzido metade. Qual ser a energia cintica mxima dos fotoeltrons, em eV? 15. (Ufjf 2010) Ftons de raios X, com energias da ordem de 1,98x 10-15J, so utilizados em experimentos de difrao com cristais. Nesses experimentos, o espaamento entre os tomos do cristal da ordem do comprimento de onda dos raios X. Em 1924, Louis de Broglie apresentou a teoria de que a matria possua tanto caractersticas corpusculares como ondulatrias. A teoria de Louis de Broglie foi comprovada por um experimento de difrao com cristais, utilizando-se um feixe de eltrons no lugar de um feixe de raios X. Considere: a constante de Planck h = 6,60x10-34J. s; a velocidade da luz no vcuo c = 3,00x108m/s; massa do eltron m = 9,10x10-31 kg e 1 e V = 1,60x10-19J.

a) Calcule o valor do espaamento entre os tomos do cristal, supondo que o valor do espaamento igual ao comprimento de onda dos raios X com energia de 1,98x 10-15J.b) Calcule o valor da quantidade de movimento dos eltrons utilizados no experimento de difrao com o cristal, cujo espaamento entre os tomos foi determinado no item anterior. Despreze os efeitos relativsticos no movimento dos eltrons.

c) Calcule o valor aproximado da energia cintica dos eltrons, em eletron-volts, neste experimento. 16. (Ufg 2009) As portas automticas, geralmente usadas para dividir ambientes, com climatizao, do meio externo, usam clulas fotoeltricas, cujo princpio de funcionamento baseia-se no efeito fotoeltrico, que rendeu ao fsico Albert Einstein o Prmio Nobel de 1921, por sua explicao de 1905. No experimento para observao desse efeito, incide-se um feixe de luz sobre uma superfcie metlica polida, localizada em uma regio sob uma diferena de potencial V, conforme a figura, e mede-se o potencial freador que faz cessar a corrente entre os eletrodos, sendo este o Potencial Limite. O grfico representa a dependncia entre o Potencial Limite e a frequncia da luz incidente sobre a superfcie de uma amostra de nquel.

Tendo em vista o exposto, responda:

a) Qual a menor frequncia da luz, em Hertz, que consegue arrancar eltrons da superfcie do metal?

b) Para o potencial de 1,5 V, qual a energia cintica (em Joules) do eltron ejetado da superfcie do metal?

17. (Ufmg 2009) Um estudante de Fsica adquiriu duas fontes de luz laser com as seguintes especificaes para a luz emitida:

Fonte I

potncia: 0,005 W

comprimento de onda: 632 nm

Fonte II

potncia: 0,030 W

comprimento de onda: 632 nm

Sabe-se que a fonte I emite ftons por segundo, cada um com energia ; e que a fonte II emite ftons por segundo, cada um com energia .

Considerando-se essas informaes, correto afirmar que: a) . b) . c) . d) . 18. (Unicamp 2009) A Fsica de Partculas nasceu com a descoberta do eltron, em 1897. Em seguida foram descobertos o prton, o nutron e vrias outras partculas, dentre elas o pon, em 1947, com a participao do brasileiro Csar Lattes.

a) Num experimento similar ao que levou descoberta do nutron, em 1932, um nutron de massa m desconhecida e velocidade colide frontalmente com um tomo de nitrognio de massa M = 14 u (unidade de massa atmica) que se encontra em repouso. Aps a coliso, o nutron retorna com velocidade e o tomo de nitrognio adquire uma velocidade . Em consequncia da conservao da energia cintica, a velocidade de afastamento das partculas igual velocidade de aproximao. Qual a massa m, em unidades de massa atmica, encontrada para o nutron no experimento?

b) O Grande "Colisor" de Hdrons ("Large Hadron Collider-LHC") um acelerador de partculas que tem, entre outros propsitos, o de detectar uma partcula, prevista teoricamente, chamada bson de Higgs. Para esse fim, um prton com energia de e V colide frontalmente com outro prton de mesma energia produzindo muitas partculas. O comprimento de onda de uma partcula fornece o tamanho tpico que pode ser observado quando a partcula interage com outra. No caso dos prtons do LHC, E = hc/, onde e.V.s, e . Qual o comprimento de onda dos prtons do LHC? 19. (Ufpa 2008) Um acelerador de partculas a principal ferramenta usada pelos cientistas para pesquisas em fsica de altas energias. No maior acelerador linear do mundo, localizado em Stanford, eltrons podem ser acelerados at uma energia da ordem de 50 GeV (1 GeV = 109 eV ). Com essa energia, o comprimento de onda de De Broglie associado ao eltron vale 25 . 10-18 m. O grfico representado a seguir mostra como a velocidade v do eltron varia com o tempo t nesse acelerador:

a) Qual o significado fsico da ordenada A mostrada no grfico? Qual o seu valor numrico no sistema internacional?

b) Qual o valor da quantidade de movimento (momento linear) do eltron mais energtico produzido em Stanford?

Considere a constante de Planck igual a 6,6 . 10-34 J.s 20. (Ufmg 2008) Suponha que, no futuro, uma base avanada seja construda em Marte. Suponha, tambm, que uma nave espacial est viajando em direo Terra, com velocidade constante igual metade da velocidade da luz. Quando essa nave passa por Marte, dois sinais de rdio so emitidos em direo Terra - um pela base e outro pela nave. Ambos so 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 emisso at a deteco de cada um deles pela base em Marte.

Considerando-se essas informaes, CORRETO afirmar que a) tn = (1/2) tB b) tn = (2/3) tB c) tn = (5/6) tB d) tn = tB 21. (Unicamp 2008) Com um pouco de capacidade de interpretao do enunciado, possvel entender um problema de Fsica moderna, como o exposto a seguir, com base nos conhecimentos de ensino mdio. O Positrnio um tomo formado por um eltron e sua antipartcula, o psitron, que possui carga oposta e massa igual do eltron. Ele semelhante ao tomo de Hidrognio, que possui um eltron e um prton. A energia do nvel fundamental desses tomos dada por

onde me a massa do eltron e mp a massa do psitron, no caso do Positrnio, ou a massa do prton, no caso do tomo de Hidrognio. Para o tomo de Hidrognio, como a massa do prton muito maior que a massa do eltron, e V.

a) Calcule a energia do nvel fundamental do Positrnio.

b) Ao contrrio do tomo de Hidrognio, o Positrnio muito instvel, pois o eltron pode aniquilar-se rapidamente com a sua antipartcula, produzindo ftons de alta energia, chamados raios gama. Considerando que as massas do eltron e do psitron so kg e que, ao se aniquilarem, toda a sua energia, dada pela relao de Einstein , convertida na energia de dois ftons gama, calcule a energia de cada fton produzido. A velocidade da luz . 22. (Ufg 2007) O efeito fotoeltrico, explorado em sensores, clulas fotoeltricas e outros detectores eletrnicos de luz, refere-se capacidade da luz de retirar eltrons da superfcie de um metal. Quanto a este efeito, pode-se afirmar que a) a energia dos eltrons ejetados depende da intensidade da luz incidente. b) a energia dos eltrons ejetados discreta, correspondendo aos quanta de energia. c) a funo trabalho depende do nmero de eltrons ejetados. d) a velocidade dos eltrons ejetados depende da cor da luz incidente. e) o nmero de eltrons ejetados depende da cor da luz incidente. 23. (Ufmg 2007) No efeito fotoeltrico, um fton de energia Ef absorvido por um eltron da superfcie de um metal. Sabe-se que uma parte da energia do fton, Em, utilizada para remover o eltron da superfcie do metal e que a parte restante, Ec, corresponde energia cintica adquirida pelo eltron, ou seja,

Ef = Em + Ec .

Em 1916, Millikan mediu a energia cintica dos eltrons que so ejetados quando uma superfcie de sdio metlico iluminada com luz de diferentes frequncias. Os resultados obtidos por ele esto mostrados no grfico a seguir.

Considerando essas informaes,

1. CALCULE a energia mnima necessria para se remover um eltron de uma superfcie de sdio metlico. JUSTIFIQUE sua resposta. Dado que a constante de Planck vale 6,63.10-34J.s

2. EXPLIQUE o que acontece quando uma luz de comprimento de onda de 0,75 10-6 m incide sobre a superfcie de sdio metlico. 24. (Ufc 2007) O ncleo de um determinado elemento A, constitudo por dois prtons e dois nutrons, tem massa mA 6,69110-27 kg. Medidas experimentais mostram que a soma da massa dos dois prtons, mp 3,364510-27 kg, com a massa dos dois nutrons, mn 3,35010-27 kg, no igual massa do ncleo. Isto significa que existe uma energia mnima necessria para separar os constituintes do ncleo do elemento A, denominada aqui de energia de ligao E(L).

(Dados: velocidade da luz no vcuo c = 3108 m/s; constante de Planck h = 610-34 J.s).

a) Determine a energia de ligao para separar prtons e nutrons em um ncleo do elemento A.

b) No caso de ser possvel separar os constituintes do ncleo do elemento A incidindo ftons de uma radiao eletromagntica de frequncia f = 1,21015 Hz, determine o nmero de ftons necessrios para que isso ocorra. 25. (Ita 2007) Aplica-se instantaneamente uma fora a um corpo de massa m = 3,3 kg preso a uma mola, e verifica-se que este passa a oscilar livremente com a frequncia angular = 10 rad/s. Agora, sobre esse mesmo corpo preso mola, mas em repouso, faz-se incidir um feixe de luz monocromtica de frequncia f = 500 . 1012 Hz, de modo que toda a energia seja absorvida pelo corpo, o que acarreta uma distenso de 1 mm da sua posio de equilbrio. Determine o nmero de ftons contido no feixe de luz. Considere a constante de Planck h = 6,6 . 10-34 J s. TEXTO PARA A PRXIMA QUESTO: Constantes fsicas necessrias para a soluo dos problemas:acelerao da gravidade: 10 m/s2constante de Planck:

26. (Ufpe 2007) Em uma experincia de efeito fotoeltrico com uma placa metlica, foram determinados os potenciais de corte em funo da frequncia da luz incidente, como mostrado no grfico a seguir. A partir do grfico, determine o potencial de superfcie (tambm chamado de funo trabalho) do metal, em unidades de

27. (Ufes 2006) Uma fonte de luz laser monocromtica encontra-se a uma altura de 1,4 m da superfcie de um lquido. O lquido preenche completamente o interior de um recipiente que possui fundo espelhado, paralelo superfcie, e profundidade de 1,0 m. A fonte emite um feixe de luz que incide no lquido, formando, com sua superfcie, um ngulo de 45. A luz refletida perfeitamente no fundo do recipiente e, aps emergir do lquido, atinge um detector que funciona com base no efeito fotoeltrico e que se encontra a uma altura de 1,4 m da superfcie. O ndice de refrao do ar 1,0 e o do lquido 1,4.

Com base nessa descrio,

a) determine o tempo que o raio de luz, partindo da fonte, leva para atingir o detector.

b) considerando que o comprimento de onda da luz emitida pela fonte 6,0 10-7m e que a funo trabalho do metal usado na construo do detector 2,0 eV, determine a energia cintica mxima dos fotoeltrons emitidos pelo metal.

Dados:Constante de Planck, h 4,2 10-15 eV.s; 28. (Ita 2006) Einstein props que a energia da luz transportada por pacotes de energia hf, em que h a constante de Planck e f a frequncia da luz, num referencial na qual a fonte est em repouso. Explicou, assim, a existncia de uma frequncia mnima f0 para arrancar eltrons de um material, no chamado efeito fotoeltrico. Suponha que a fonte emissora de luz est em movimento em relao ao material. Assinale a alternativa correta. a) Se f = f0 , possvel que haja emisso de eltrons desde que a fonte esteja se afastando do material. b) Se f < f0 , possvel que eltrons sejam emitidos, desde que a fonte esteja se afastando do material. c) Se f < f0 , no h emisso de eltrons qualquer que seja a velocidade da fonte. d) Se f > f0 , sempre possvel que eltrons sejam emitidos pelo material, desde que a fonte esteja se afastando do material. e) Se f < f0 , possvel que eltrons sejam emitidos, desde que a fonte esteja se aproximando do material. 29. (Ufpe 2006) Para liberar eltrons da superfcie de um metal, necessrio ilumin-lo com luz de comprimento de onda igual ou menor que . Qual o potencial de superfcie (tambm chamado "funo trabalho") deste metal, em eV (eltron-volts)? 30. (Ufpe 2006) Para liberar eltrons da superfcie de um metal necessrio ilumin-lo com luz de comprimento de onda igual ou menor que . Qual o inteiro que mais se aproxima da frequncia ptica, em unidades de , necessria para liberar eltrons com energia cintica igual a 3,0 eV? 31. (Ufrs 2005) Em 1887, quando pesquisava sobre a gerao e a deteco de ondas eletromagnticas, o fsico Heinrich Hertz (1857-1894) descobriu o que hoje conhecemos por "efeito fotoeltrico". Aps a morte de Hertz, seu principal auxiliar, Philip Lenard (1862-1947), prosseguiu a pesquisa sistemtica sobre o efeito descoberto por Hertz. Entre as vrias constataes experimentais da decorrentes, Lenard observou que a energia cintica mxima, Kmax, dos eltrons emitidos pelo metal era dada por uma expresso matemtica bastante simples:

Kmax = B f - C,

onde B e C so duas constantes cujos valores podem ser determinados experimentalmente.

A respeito da referida expresso matemtica, considere as seguintes afirmaes.

I. A letra f representa a frequncia das oscilaes de uma fora eletromotriz alternada que deve ser aplicada ao metal.

II. A letra B representa a conhecida "Constante Planck", cuja unidade no Sistema Internacional J.s.

III. A letra C representa uma constante, cuja unidade no Sistema Internacional J, que corresponde energia mnima que a luz incidente deve fornecer a um eltron do metal para remov-lo do mesmo.

Quais esto corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 32. (Ufms 2005) Um importante passo no desenvolvimento das teorias sobre a natureza da luz foi dado por um fenmeno chamado de efeito fotoeltrico, descoberto por H. Hertz, em 1897. Esse efeito consiste na emisso de eltrons por uma placa metlica, quando a luz incide sobre ela. Assinale a(s) proposio(es) correta(s) sobre o efeito fotoeltrico. 01) Aumentando-se a intensidade luminosa da luz incidente sobre uma placa metlica, a energia dos eltrons ejetados tambm aumenta. 02) Quanto maior for a funo trabalho de um metal, para uma frequncia fixa da luz incidente, maior ser a energia cintica dos eltrons ejetados do metal. 04) O efeito fotoeltrico pode ser explicado usando-se a teoria corpuscular da luz. 08) Existe uma frequncia limite da luz incidente abaixo da qual os eltrons no so ejetados da placa metlica. 16) A energia da luz incidente sobre a placa metlica independe da frequncia da luz.

Gabarito: Resposta da questo 1: [D]Aplicao direta da frmula:

. Resposta da questo 2: V F V V VJustificando a(s) falsa(s);

( F ) As leis da Fsica dependem do referencial inercial escolhido.

Essa afirmativa contraria exatamente o que afirma o primeiro postulado de Einstein:

As leis da fsica so as mesmas para todos os observadores em quaisquer sistemas de referncia inerciais. Resposta da questo 3: [E]

EMBED Equation.DSMT4. Resposta da questo 4: [C]I. Correta. Conforme props Einstein, a luz formada de corpsculos ou quanta de luz, mais tarde denominados ftons. De acordo com a equao de Planck, a energia (E) transportada por um fton diretamente proporcional frequncia (f) da radiao:

E = h f, sendo h a constante de Planck.

II. Correta. , sendo W o trabalho para arrancar um eltron do metal.

III. Incorreta. Resposta da questo 5: a) Dados: m1 = m2 = 2 g = 2(103 kg; c = 3(108 m/s.

A massa a ser convertida em energia m = m1 + m2 = 4(103 kg.

Da equao de Einstein, a energia liberada na aniquilao :

Elib = mc2 ( Elib = 4(103 ( ( Elib = 4(103 ( 9(1016 = 36(1013 J (Elib = 3,6(1014 J.

b) Dados: populao: 1 milho de habitantes ( N = 106; Consumo mdio ( 100 kWh/habitante.ms.

Lembrando que 1 kWh = 3,6(106 J, a potncia consumida mensalmente pela cidade :

Potcons = 100(106(3,6(106 = 360(1012 = 3,6(1014 J/ms.

Da expresso da potncia:

Potcons = ( 3,6(1014 = ( (t = 1 ms. Resposta da questo 6: [E]I. Incorreta. A intensidade de radiao emitida aumenta com a temperatura. Portanto, T3 > T1.

II. Correta.

III. Incorreta. Pelo grfico, vemos que o comprimento de onda para o qual a radiao mxima menor para T3.

IV. Incorreta. J justificado em (I).

V. Incorreta. J justificado em (I). Resposta da questo 7: [A]

Grandezas envolvidas: Tenso Eltrica (U); Energia Cintica (cin); Intensidade do Campo Eltrico (E); carga eltrica (q) e Trabalho ().

Analisemos cada uma das afirmaes.

I. Correta.

Pelo Teorema da Energia Cintica (o Trabalho da Fora Resultante igual Variao da Energia Cintica), temos:

Quanto maior a Tenso aplicada, maior ser a Variao da Energia Cintica.

II. Errada.

Quanto maior a intensidade do Campo Eltrico, maior e o trabalho realizado.

III. Correta.

Da equao de Planck: Resposta da questo 8: [D] Velocidade da luz no vcuo: c = 3 ( 108 m/s; Constante de Planck: h = 6,6 ( 1034 Js = 4,1 ( 1015 eVs .

Combinando a equao fundamental da ondulatria com a equao de Planck:

Para a linha H( o comprimento de onda 656,3 ( 109 m. Ento:

E = ( E ( 1,88 eV.

Combinando a equao fundamental da ondulatria com a equao de Planck:

Para a linha H( o comprimento de onda 656,3 ( 109 m. Ento:

E = ( E ( 1,88 eV. Resposta da questo 9: Dados: m = 9,11 ( 1031 kg; v = 0,1 c = 3 ( 107 m/s; h = 6,62 ( 1034 J.s

Como a velocidade do eltron muito menor que a velocidade da luz, podemos desconsiderar efeitos relativsticos e usar a expresso convencional da energia cintica.

Ec = h f e Ec = . Combinando essas expresses:

h f = ( ( f = 6,3 ( 1017 Hz.

A ordem de grandeza : f = 1018 Hz. Resposta da questo 10: a) Dados: c = 3 ( 108 m/s; h = 6 ( 1034 J.s; ( = 6 ( 107 m.

Lembrando a equao fundamental da ondulatria:

c = ( f ( f = . Substituindo essa expresso na equao dada:

E = h f ( E = h = 6 ( 1034 (E = 3 ( 1019 J.

b) Dados: i = 45; r = 30; nar = 1.

Aplicando a Lei de Snell:

nar sen 45 = nX sen 30 ( 1nX ( nX =

c) Dados: c = 3 ( 108 m/s.

Da definio de ndice de refrao:

nX = ( (vX = 1,5m/s. Resposta da questo 11: [B]A energia absorvida pelo fton dada pela equao de Planck.

A nova energia do eltron :

Resposta da questo 12: [C]

Da equao qumica dada: 6CO2 + 6H2O 1C6H12O6 + 6O2, notamos que para a formao de 1 molcula de glicose so necessrias 6 molculas de CO2. Ento, a energia absorvida para formao de 1 molcula de glicose :

= 6 (2,34 ( 1018) ( = 1,4 ( 1017 J.

A energia transportada por um fton dada pela equao de Planck: E1 = h f.

Mas, da equao fundamental da ondulatria: c = ( f ( . Substituindo na expresso acima, vem:

E1 = h.

Para produzir a energia E1 necessria a absoro de N ftons (

EN = N E1 ( EN = N h.

Igualando as energias:

EN = ( N h = ( N = ( N ( 48.

Assim, para formar 1 mol de glicose so necessrios 48 mols de ftons. Houve aqui um descuido do examinador, que deveria ter perguntado: ...o nmero de mols de ftons...

Da forma como est, para obtermos o nmero total de ftons (NT) necessrios para a formao de 1 mol de glicose, temos que multiplicar o valor acima pelo nmero de Avogadro.

NT = 48 ( 6,023 (1023 ( NT = 2,9 ( 1025. Resposta da questo 13: a) Dados: c = 300.000 km/s; v = 0,998 c = 299.400 km/s; (t = 2 (s = 2 ( 106 s.

(S = v (t = 299.400 (2 ( 106) = 0,5988 km ((S = 598,8 m.

b) Pela dilatao do tempo:

(t = (t ( = 2 ( 106 (15) ( (t = 3 ( 105 s.

(S = v (t = 299.400 (3 ( 105) = 8.982 km ((S = 8.982 m.

c) No referencial do mon, h contrao do espao (contrao de Lorentz) tambm afetada pelo fator de Lorentz, de modo que 598,8 m equivalem a 8.982 m: (S = ( (S. Resposta da questo 14: 5 eV.Da equao fundamental da ondulatria:

Da equao de Planck:

Substituindo (I) em (II):

Essa expresso nos mostra que, reduzindo-se o comprimento de onda metade, a energia do fton dobra.

Ento:

Sendo W o trabalho para arrancar um eltron, a equao de Einstein para o efeito fotoeltrico nos d a energia cintica mxima (Ecin) com que um eltron ejetado:

Aplicando a equao acima para a primeira situao, calculemos W:

Para a segunda situao:

Resposta da questo 15: a) O enunciado afirma que o espaamento da ordem de grandeza do comprimento de onda.

Calculemos, ento, esse comprimento de onda.

Dados: E = 1,98 ( 1015 J; h = 6,6 ( 1034 J.s; c = 3 ( 108 m/s.

Combinando a equao de Planck com a equao fundamental da ondulatria:

Portanto, o espaamento entre tomos da ordem de 1010 m.

b)

c) Resposta da questo 16: a) Do grfico, vemos que a frequncia limite, ou frequncia de corte f0 = 1,2 ( 1015 Hz.

b) Dada a constante de Planck, h = 6,6 ( 1034 J.s,

A equao de Einstein para o efeito fotoeltrico :

Ec mx = h f W, sendo: W o trabalho para arrancar um eltron; h f a energia do fton incidente e Ec mx a energia cintica mxima com que o eltron arrancado ejetado.

Vejamos o grfico da energia cintica mxima em funo da frequncia:

A constante h o coeficiente angular da reta: h = tg (. Mas no tringulo da figura, tg ( = . Ento: h = , ou ( W = h f0.

Assim a equao do efeito fotoeltrico fica:

Ec mx = h f h f0 = h(f f0).

Para o potencial limite de 1,5 V, podemos tirar do grfico que a frequncia de aproximadamente 1,3 ( 1015 Hz. Assim, efetuando os clculos, vem:

Ec mx = 6,6(1034 (1,3 1,2) 1015 = 6,6(1034 (0,1) 1015 ( Ec mx = 6,6 ( 1020 J. Resposta da questo 17: [A]A energia dos ftons dada pela expresso de Planck, E = n.h.f, onde se estabelece que a energia dos ftons depende da frequncia da onda, ou, inversamente de seu comprimento de onda. Como nas duas fontes o comprimento de onda o mesmo, a frequncia tambm ser e, por consequncia, a energia dos ftons tambm. Como , as alternativas, at este ponto, viveis so A e D.

A fonte II possui maior potncia e isto conseguido com maior nmero de ftons por segundo. Desta forma, . Assim, a alternativa A a correta. Resposta da questo 18: Pela conservao da quantidade de movimento

Como o choque perfeitamente elstico, devido a conservao de energia cintica, o coeficiente de restituio igual a 1, ou seja, (velocidade relativa de afastamento)/(velocidade relativa de aproximao) = 1

Voltando na expresso da conservao da quantidade de movimento

Pela expresso da energia E = hc/

Resposta da questo 19: a) medida que o tempo passa o eltron adquire mais energia, o que aumenta sua velocidade. No entanto, sendo o eltron uma partcula de massa de repouso no-nula, ele est limitado, em velocidade, velocidade da luz. Desta forma, a quantidade A do grfico a velocidade da luz, 3.108 m/s.

b) O comprimento de onda de De Broglie dado pela expresso a seguir: = h/mv, onde h a constante de Planck e mv a quantidade de movimento da partcula. Logo mv = h/ = = 2,64.1015 kgm/s Resposta da questo 20: [D] Resposta da questo 21: a) = - 6,8 eV.

b) Efton = . Resposta da questo 22: [D] Resposta da questo 23: 1. Em = 1,8 eV.

2. Com este comprimento de onda no h energia suficiente para arrancar eltrons do material. Resposta da questo 24: a) E(L) = 3,61013J

b) N = 5105ftons. Resposta da questo 25: =

10 =

100 = k/3,3

100.3,3 = k k = 330 N/m

Pela conservao da energia

E elstica = E ftons = n.h.f

330. = n. 6,6 . 1034.500 . 1012 n = 5.1014 ftons Resposta da questo 26: Ento, Resposta da questo 27: a) Seja d1 a distncia percorrida pela luz, no ar, da fonte at superfcie e d2 a distncia percorrida pela luz, no lquido, da superfcie at o fundo. Por simetria, a distncia total percorrida pela luz no ar 2d1 e no lquido 2d2. Portanto, o tempo que a luz leva para atingir o detector

t = 2d1/c + 2d2/(c/n).

A distncia d1 dada por d1 = 1,4/cos (45), d1 = 2m.

A distncia d2 dada por d2 = 1/cos,

onde o ngulo de refrao, que pode ser determinado usando a lei de Snell,

n(ar) sen(45) = n(liq) sen, sen = .

Portanto, = 30. Assim, temos d2 = m.

Por fim, temos que t = 4/c , t = 2,4 108 seg.

b) A energia cintica mxima dos fotoeltrons dada por E = hv - = (hc/) -

onde a funo trabalho do metal. Assim, E = 0,1 eV. Resposta da questo 28 [E] Resposta da questo 29: A energia cintica dos eltrons emitidos dada pela expresso:

Se quisermos somente liberar o eltron, ento:

Resposta da questo 30: A energia cintica dos eltrons emitidos dada pela expresso:

Se quisermos somente liberar o eltron, ento:

Para liber-lo com 3,0 eV, temos:

Resposta da questo 31: [E] Resposta da questo 32: 04 + 08 = 12 Resumo das questes selecionadas nesta atividade

Data de elaborao:01/11/2011 s 06:51

Nome do arquivo:fisica moderna 2Legenda:

Q/Prova = nmero da questo na prova

Q/DB = nmero da questo no banco de dados do SuperPro

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