curso_fisica_moderna

CURSO DE FSICA MODERNA

A cincia, considerada como um projeto que se realiza progressivamente, , como qualquer outro empreendimento humano, condicionada subjetiva e psicologicamente. Albert Einstein (fsico)

PROFESSOR: ARGEMIRO BASTOS

Contedo: /.Modelos atmicos /.Relatividade /.Efeito fotoeltrico /.Radioatividade

... a cincia valorizada na sociedade como uma instncia absoluta, exatamente como Deus visto pela Igreja. Assim como diziam os padres que queimavam hereges na Inquisio: no sou eu, Deus quem quer; assim nossos tecnocratas, ao tomarem decises, dizem que no so eles os responsveis, mas a cincia. Pierre Thuillier (historiador da cincia)

Macap AP Outubro 2007

Fsica ModernaINTRODUO Programa do processo seletivo 2006 UNIFAP/UFPA (Relativo Fsica Moderna) EIXO TEMTICO 1: FUNDAMENTOS BSICOS DA FSICA. COMPETNCIA: Dominar os conceitos, princpios e leis que regem a Fsica. Relacionar fenmenos fsicos com os princpios e leis que os regem. Construir e interpretar grficos relacionando grandezas fsicas. HABILIDADES: Aplicar o conceito de Quantizao para calcular energia de ftons Descrever a dualidade onda-partcula Usar o modelo atmico de Bohr para explicar a emisso de radiao. Aplicar as Leis do Decaimento Radioativo em situaes que envolvam emisso de radioatividade. Quando ouvimos a palavra cincia, muitas coisas podem vir nossa mente. A partir das informaes que recebemos dos meios de comunicao formamos uma imagem da atividade cientifica. Portanto, antes mesmo de comearmos a estudar as cincias, j temos uma idia a respeito do que elas representam nas sociedades modernas. Uma pessoa que queira participar de uma sociedade como a nossa, refletido sobre seus caminhos e influenciando de forma consciente nas decises tomadas, no pode ficar alheia a questes relativas cincia e tecnologia. Pensar sobre essas questes no deve ser uma tarefa restrita somente a especialistas. A importncia desses temas nas nossas vidas tal que as decises a serem tomadas devem ser de responsabilidade de toda a sociedade. Portanto, todos ns devemos saber discutilas. Para conhecermos a cincia, preciso que compreendamos os processos de construo de suas principais teorias. Que discusses foram feitas, que divergncias foram debatidas at aquela teoria ser aceita pela maioria dos cientistas de determinada poca. Quando se fala em fsica moderna (?) as teorias envolvidas so contribuies de pessoas ilustres que viveram principalmente, no sculo passado e nos deixaram o legado de no s usufruir as suas descobertas, mas tambm discutilas e aprimora-las e/ou muda-las para as prximas geraes. A Fsica proposta por Isaac Newton no sc. XVII tinha como base fatos fortes e convincentes. To convincentes que foi amplamente utilizada nos sculos seguintes sem ser questionada. Os princpios da Mecnica Newtoniana determinaram praticamente todo o desenvolvimento tcno-cientfico dos dois sculos que a precederam. Esta Mecnica caracteriza-se por no questionar a validade de seus conceitos; como por exemplo a questo sobre o referencial no qual so feitas as medidas e a influncia do mtodo de medida sobre as grandezas em questo. Mesmo nos nossos dias, os conceitos estabelecidos pela Mecnica Newtoniana permanecem firmemente ligados ao nosso raciocnio cotidiano. Estes conceitos estavam to fortemente enraizados que atravessaram vrios sculos sem que algum questionasse seus fundamentos. No incio do sculo XX houve grandes mudanas na fsica clssica, neste perodo surgia a fsica moderna. Foi nesta poca que Albert Einstein, fsico alemo que se naturalizou norte americano, props a teoria da relatividade, segundo a qual o tempo que era tido como absoluto na "realidade" seria relativo. Foi tambm nesta virada de sculo que nascia a Teoria quntica, que trouxe grandes mudanas na fsica. Para melhorar a compreenso das teorias que iremos estudar adiante, foram feitos, alm de um pequeno vocabulrio com termos freqentemente utilizados em fsica moderna, uma apresentao da biografia de alguns dos fsicos que mudaram permanentemente a forma de vermos a cincia.

CONTEDOS: 7 - Fsica Moderna: 7.1. Quantizao de energia. Dualidade onda-partcula 7.2. Modelo atmico de Bohr e emisso de radiao 7.3. Princpios Bsicos de Radioatividade e as Leis do Decaimento Radioativo EIXO TEMTICO 2: FSICA APLICADA TECNOLOGIA. COMPETNCIA: Aplicar os princpios e leis que regem a Fsica em problemas envolvendo produtos da tecnologia inseridos no cotidiano HABILIDADES: Explicar o laser como luz coerente proveniente da emisso sincronizada Descrever qualitativa e quantitativamente o efeito fotoeltrico e suas aplicaes em mecanismos de proteo e acionamento automtico

CONTEDOS: 13. Fundamentos da emisso laser 14. Efeito fotoeltrico

2 Elaborado pelo Prof. Argemiro Bastos

Fsica ModernaVOCABULRIO SIGNIFICADO sm Fs (bari + on) Partcula instvel, mais pesada que os prtons e Brion nutrons. Os brions desintegram-se expelindo partculas mais leves e transformam-se desse modo em prtons e nutrons sf (desintegrar + o) 1 Ato ou efeito de desintegrar. 2 Fs Transformao de uma partcula elemento em outras (de um nutron em prton e um eltron, por exemplo). 3 Em engenharia nuclear, a fissura do combustvel, como no reator nuclear. D. artificial: radioatividade artificial. D. atmica: alterao na composio de um ncleo atmico, Desintegrao espontaneamente (como na radioatividade, pela ejeo de partculas do ncleo) ou como resultado do bombardeio com partculas, tais como nutrons ou prtons. D. alfa: desintegrao radioativa em que h emisso de uma partcula alfa (ncleo de Hlio); D. beta: desintegrao radioativa em que h emisso de um eltron; D. gama: desintegrao radioativa em que h emisso de radiao gama. sf (lat dualitate) Carter daquilo que dual ou duplo. 2 existncia de duas teorias e interpretaes para os fenmenos luminosos ou, em Dualidade geral, os fenmenos radiativos: uma admite que tais fenmenos sejam produzidos por ondas peridicas e a outra os interpreta como produzido por partculas discretas sf (gr enrgeia) 1 Capacidade dos corpos para produzir um trabalho ou desenvolver uma fora, Eletr: energia gasta por uma mquina ou mecanismo durante o seu funcionamento. E. a ponto zero: energia cintica remanescente numa substncia sujeita temperatura de zero absoluto. E. atmica, Fs: energia liberada por alteraes no ncleo de um tomo (como, p ex, pela fisso de um ncleo pesado por um nutron ou pela fuso de ncleos leves em mais pesados), acompanhada de perda de massa; tambm chamada energia nuclear. E. calrica: energia desenvolvida pela ao do calor; energia trmica. E. cintica, Fs: energia mecnica de um corpo em moviEnergia mento. E. de choque, Fs: energia cintica de um projtil no instante do impacto. E. de ligao, Fs: energia que mantm juntos os nutrons e prtons de um ncleo atmico. E. disponvel, Fs: parte da energia de corpos ou sistemas que existe em condies tais que teoricamente pode ser derivado trabalho dela. E. eltrica: energia proporcionada pela eletricidade. E. elia: energia derivada dos ventos. E. especfica: energia interna por unidade de massa de um corpo. E. estelar: a) energia interna de uma estrela; b) energia irradiada por uma estrela. E. fornecida, Eletr: energia fornecida por uma mquina ou sistema (a um acumulador, p ex). E. latente: o mesmo que energia potencial. E. livre, Fs: a) parte da energia de uma poro de1

TERMO

ter

Fton Incerteza

Istopo

Laser

matria que pode ser alterada sem variao de volume; b) potencial termodinmico interno; c) o mesmo que energia disponvel. E. luminosa, Fs: energia transferida por radiao visvel ou na sua forma. E. mecnica, Fs: capacidade para produzir trabalho. E. megacclica: energia eltrica de freqncia muito elevada. E. nuclear: o mesmo que energia atmica. E. potencial, Fs: energia de um corpo que depende de sua posio em relao a outros corpos e das foras ativas em relao a um estado normal; tambm chamada energia latente. E. qumica: energia liberada ou formada em uma reao qumica. E. radiante: energia que se propaga em forma de ondas; especificamente, a energia de ondas eletromagnticas (como as de rdio, raios infravermelhos, luz visvel, raios ultravioleta, raios X e raios gama). sm (gr aithr) 1 Fs Hipottico fluido csmico extremamente sutil, que enche os espaos, penetra nos corpos e considerado, pela teoria ondulatria, o agente de transmisso da luz, do calor, da eletricidade etc... sm (foto1 + on) Quantum de energia radiante (como a luz ou os raios X). sf (in1 + certeza) 1. falta de certeza; hesitao; dvida. adj Fs (iso+topo3) e Qum V isotpico. sm 1 Cada uma de duas ou mais espcies de tomos do mesmo elemento, que tm o mesmo nmero atmico e ocupam a mesma posio na tabela peridica; so quase idnticos no comportamento qumico, mas diferem na massa atmica ou nmero de massa e destarte se comportam diferentemente no espectrgrafo de massa, nas transformaes radioativas e nas propriedades fsicas (como difusibilidade no estado gasoso); podem ser detectados e separados por meio dessas diferenas como o deutrio e o trtio, istopos do hidrognio. 2 Cada uma de tais espcies de tomos, ou mistura de tais espcies, preparada para uso como indicador radioativo ou em Medicina. I. radioativos: os que possuem radioatividade. sm Fs (sigla do ingl light amplification by stimulated emission of radiation, amplificao da luz pela emisso estimulada de radiao) Fonte de luz, desenvolvida do maser, para a produo de um feixe de luz acromtico, muito condensado, de intensidade luminosa muito grande. Os feixes de luz fortemente condensados podem fazer evaporar-se localmente metais de ponto de fuso alto, pelo que se podem "brocar" fusos em materiais muito duros. Na oftalmologia usado para fixar (por soldadura) retinas desprendidas ou para destruio de pequenos tumores. disco plstico com dados binrios, na forma de pequenos pontos gravados, os quais podem ser lidos por laser, utilizado para gravar imagens de TV ou som de alta qualidade, em


Fsica Modernaforma digital; disco a laser. Sigla: LD. sf (lat luce) 1 Agente que torna as coisas visveis ou produz a iluminao. 2 Forma de energia radiante que transmitida de um corpo luminoso, ao olho, age sobre os rgos de viso. 3 Forma semelhante de energia radiante, como os raios ultravioleta, que no afeta a retina. L. coerente: luz que parte do mesmo ponto luminoso da mesma fonte luminosa, de modo que seus raios coincidem em comprimento de onda, fase de vibrao e plano de vibrao. L. estroboscpica, Teat: tipo de iluminao obtido por meio de um sistema de flashes eletrnicos que se alternam geralmente a intervalos regulares, segundo um padro previamente programado. L. invisvel: as radiaes infravermelha e ultravioleta. L. monocromtica: luz de um s comprimento de onda, que portanto no pode ser decomposta em cores espectrais. sf (lat massa) 1.Fs Quantidade de matria que forma um corpo. 2 Fs Medida quantitativa da inrcia de um corpo, ou seja, sua resistncia acelerao. M. atmica, Fs: massa de qualquer espcie de tomo, comumente expressa em unidades de massa atmica. M. especfica (de um corpo), Fs: massa por unidade de volume do corpo. sf (lat materia) 1 Aquilo de que os corpos fsicos so compostos; a substncia constituinte. 2 Fs Aquilo que ocupa o espao; o contedo em contraposio forma. sm (gr pardeigma) 1 Modelo, padro, prottipo. 2 Ling. Conjunto de unidades suscetveis de aparecerem num mesmo contexto, sendo, portanto, comutveis e mutuamente exclusivas. No paradigma, as unidades tm, pelo menos, um trao em comum (a forma, o valor ou ambos) que as relaciona, formando conjuntos abertos ou fechados, segundo a natureza das unidades. sm (cs) ( gr pardoxos) 1 Opinio contrria comum. 2 Afirmao, na mesma frase, de um conceito mediante aparentes contradies ou termos incompatveis. adj (partde postular) Que se postulou; suplicado, requerido. sm 1 Proposio aventada com a pretenso que seja tomada por evidente ou axiomtica. 2 Mat Proposio admitida sem demonstrao e que serve de ponto de partida para deduo de novas proposies. 3 Filos Proposio que, no sendo demonstrvel nem evidente, se toma como ponto de partida de um raciocnio dedutivo. sm pl Fs (pl do lat erud quantum) Quantidades elementares, nas quais, segundo a teoria do fsico alemo Planck (1858-1947), devem considerar-se divididas certas grandezas tradicionalmente dadas como contnuas, tais como a luz e o tempo. O singular, gramaticalmente correto, deve ser: um quantum adj m+f (referncia+al3) 1 Relativo referncia. 2 Que constitui ou contm referncia. 3 Que utilizado como referncia. sm Fs Sistema rgido em relao ao qual podem ser especificadas as coordenadas espaciais e temporais dos eventos fsicos; sistema de referncia. Referencial R. acelerado, Fs: aquele que possui velocidade varivel em relao a um referencial inercial. R. de Galileu, Fs: referencial inercial. R. inercial, Fs: o que isotrpico em relao a qualquer fenmeno mecnico ou ptico; referencial de Galileu. sf (relativo+i+dade) 1 Carter, estado ou qualidade de relativo. 2 Relao entre duas ou mais coisas. 3 Condicionalidade, contingncia. 4 Filos Possibilidade de coexistncia de duas verdades, uma ontolgica, outra psicolgica, isto : a primeira que afirma como um Relatividade fenmeno realmente ; a segunda que afirma como ele conhecido; o conhecimento nem sempre perfeitamente adequado realidade, em razo das falhas do sistema perceptivo ou das circunstncias da posio do observador em relao posio do fenmeno. sf (fem de transformado) 1 Geom Curva deduzida de outra, segundo Transformada determinada lei. 2 lg Equao deduzida de outra, segundo determinada lei.

Luz

Massa

Matria

Paradigma

Paradoxo

Postulado

Quanta


Fsica ModernaBIOGRAFIAS Qumico americano conhecido por sua colaborao com o fsico Michelson na tentativa de medir o movimento relativo da Terra atravs de um hipottico ter. A pesquisa pessoal de Morley foi centralizada em determinar precisamente a densidade e peso atmico de vrios gases, especialmente o oxignio. Sua reputao como um habilidoso fsico experimental atraiu a ateno de Michelson. Em 1887 realizaram uma experincia que ficou conhecida como o experimento de Michelson-Morley, a qual falhou definitivamente em detectar o ter no efeito da velocidade da luz medida em vrias direes relativas para o movimento da Terra. Este resultado foi um passo importante que conduziria Albert Einstein para enunciar a teoria especial de relatividade. Fsico Americano nascido alemo.foi quem estabeleceu a velocidade de luz como um fundamento constante. Em 1878 Michelson comeou a trabalhar no que seria a paixo de sua vida, uma medio exata da velocidade da luz. Estando na Europa, comeou a construo de um interfermetro, um dispositivo que dividiria um raio de luz em dois, enviados por caminhos perpendiculares. Se uma onda luminosa tivesse ficado em defasagem, franjas de interferncia alternadas em faixas claras e escuras seriam obtidas. Michelson pensava usar o interfermetro para medir a velocidade da Terra em relao ao "ter" O qual era ento pensado como constituir o substrato bsico do universo. Tal resultado no foi obtido. Talvez essa tenha sido a experincia negativa mais significativa na histria de cincia. Em funo de fsica clssica Newtoniana, os resultados foram paradoxais. Fsico Francs, Antoine Henri Becquerel foi um dos que descobriu a radioatividade atravs de suas investigaes do urnio e outras substncias. Em 1903 ele compartilhou o Prmio Nobel de Fsica com Pierre e Marie Curie.

Nome: Williams Edward Morley Nasceu em 29 de Janeiro de 1838 em Newark, Nova Jersey, EUA e morreu em 24 de Fevereiro de 1923, Hartford, Connecticut, EUA Nobel :

Nome: Antoine Henri Becquerel Nasceu em 15 de dezembro de 1852 em Paris, Frana e morreu em 25 de agosto de 1908 em Le Croisic Nobel: 1903

Nome: Albert Abraham Michelson Nasceu em 19 de dezembro de 1852 em Strelno, Prssia (Polnia) e Morreu em 09 de Maio de 1931 em Passadena, Califrnia, EUA. Nobel: 1907

Fsico holands deu ascenso teoria especial da relatividade de Albert Einstein. Refinou a teoria eletromagntica de James C. Maxwell. Seu objetivo principal era construir uma teoria simples para explicar a relao entre eletricidade, magnetismo e luz. Em uma tentativa de superar o resultado negativo da experincia de Michelson-Morley, ele introduziu em 1895 a idia de tempo local (tempo diferente em posies diferentes). Lorentz chegou concluso Nome: Hendrik An- que com o movimento dos corpos prximos velocidade da luz h uma contrao na direo de movitoon Lorentz Nasceu em 18 de Ju- mento. O fsico Irlands George F. FitzGerald j tinha lho de 1853 em Ar- chegado a esta mesma concluso.nhem, Holanda e Morreu em 4 de fevereiro de 1928 em Haarlem Nobel: 1902

Foi o responsvel pela primeira descrio terica da estrutura interna de tomos, proposta por volta de 1900 por Lorde Kelvin e fortemente apoiada por Sir John Joseph Thomson, quem tinha descoberto (1897) o eltron. Embora vrios modelos alternativos estivessem avanados, Thomson assegurou que tomos eram esferas uniformes de matria carregada positivamente.


Fsica ModernaNome: John Joseph Thomson Nascimento: Nobel:

Max Nome: Ernst Ludwig Planck Nasceu em 23 de Abril de 1858 em Kiel, Schleswig (Alemanha) e morreu em 04 de outubro de 1947 em Gttingen, (Alemanha) Nobel: 1918

Fsico terico Max Karl Ernst Ludwig Planck foi o responsvel pela origem da teoria quntica. Planck fez muitas contribuies para fsica terica, mas sua fama repousa primariamente em seu papel como pai da teoria quntica. Esta teoria revolucionou nossa compreenso de processos atmicos e subatmicos, junto com teoria da relatividade de Albert Einstein revolucionando nossa compreenso de espao e tempo. Juntas elas constituem as teorias fundamenKarl tais de sculo 20.

Nome: Marie Curie Nasceu em 07 de novembro de 1867 em Varsvia, Polnia e morreu em 04 de Julho de 1934 em Sallanches, Frana Nobel: 1903 e 1911

Qumico e fsico francs, ele e sua esposa so responsveis pela descoberta da radiao natural em elementos como rdio e o polnio. Recusando uma cadeira na Universidade de Geneva em favor de continuar seu trabalho conjunto com Marie, Pierre Curie foi designado conferencista (1900) e professor (1904) em Sorbonne. Ele foi eleito para a Academia de Cincias (1905). Morreu atropelado por uma carruagem em 1906. Um fsico excepcional, ele foi um dos principais fundadores da fsica moderna. Seus Nome: Pierre Curie Nasceu em 15 de maio trabalhos completos foram publicados em 1908.de 1859 em Paris, Frana e morreu em 19 de Abril de 1906, Paris Nobel: 1903

Fsica Francesa nascida Polonesa Maria Sklodowska tornou-se famosa por seu trabalho em radioatividade e duas vezes vencedora do Prmio Nobel. Com Henri Becquerel e seu marido, Pierre Curie, ela foi premiada o 1903 Prmio Nobel de fsica. A morte sbita de Pierre Curie (Abril 19, 1906) foi um golpe duro para Marie Curie, mas foi tambm um decisivo ponto de virada em sua carreira: Doravante ela dedicou toda sua energia para completar o trabalho cientfico que eles tinham empreendido. Em 13 de maio de 1906, foi designada para assumir a vaga deixada pela morte do seu marido; foi a primeira mulher ensinar na Sorbonne. Em 1908 ela se tornou professora titular, e em 1910 seu tratado fundamental em radioatividade foi publicado. Em 1911 ela foi premiada com o Prmio Nobel de qumica, pelo isolamento de rdio puro. Marie Curie morreu como um resultado de leucemia causada pela ao de radiao. Fsico britnico, foi de grande importncia para o desenvolvimento da fsica nuclear. Ele foi premiado com o Prmio Nobel de qumica em 1908. Tanto como Sir Isaac Newton e Michael Faraday foram significativos para a mecnica e eletricidade, respectivamente, uma similar ateno deve ser dada a Rutherford no que se refere energia nuclear. Rutherford foi o principal fundador da fsica atmica.

Nome: Ernest Rutherford Nasceu em 30 de agosto de 1871 em Salto Grove, N. Zelndia e morreu em 19 de outubro de 1937 em Cambridge, Inglaterra. Nobel: 1908


Fsica ModernaFsico alemo que desenvolveu as teorias especial e geral da relatividade e ganhou o Nobel de fsica em 1921 por sua explicao do efeito fotoeltrico. Reconhecido em seu prprio tempo como um dos intelectos mais criativos na histria humana, no inicio do sculo 20, avanou em uma srie de teorias que propuseram caminhos completamente novos de pensamento sobre espao, tempo, e gravitao. Suas teorias da relatividade e gravitao foram um avano profundo sobre a velha fsica Newtoniana e investigao cientfica e filosfica revolucionrias. A ironia para este idealista foi que sua famosa postulao da equao massa-energia, que uma partcula de massa pode ser convertida em uma enorme quantidade de energia, teve sua prova espetacular na criao da bomba atmica e bomba de hidrognio, as armas mais destrutivas at ento conhecidas. Fsico Dinamarqus, Niels Henrik David Bohr foi o primeiro a aplicar a teoria quntica, a qual restringe a energia de um sistema para certos valores discretos, para o problema de construo atmica e molecular. Por este trabalho ele recebeu o Prmio Nobel de fsica em 1922. Ele desenvolveu a assim chamada teoria do tomo de Bohr e o modelo lquido do ncleo atmico.Nome: Niels Henrik David Bohr Nasceu em 07 de outubro de 1885 em Copenhagen, ustria e morreu em 18 de novembro de 1962 em Copenhagen Nobel: 1922

Nome: Albert Einstein Nasceu em 14 de maro de 1879 em Ulm, Wrttemberg, (Alemanha) e morreu em 18 de abril de 1955 em Princeton, N.J., EUA Nobel: 1921

Nome: Erwin Schrdinger Nasceu em 12 de agosto de 1887 em Viena, ustria e morreu em 4 de janeiro de 1961 em Viena Nobel: 1933

Nome: Louis Victor Pierre Raymond Nasceu em 15 de agosto de 1892 em Dieppe, Frana e morreu em 19 de maro de 1987 em Paris Nobel: 1929

Fsico terico austraco, que contribuiu para a teoria ondulatria da matria e para outros fundamentos de mecnica quntica. Ele compartilhou em 1933 o prmio Nobel de fsica com o fsico Britnico P.A.M. Dirac. Em 1910 obteve seu doutorado. Aps a 1 Guerra Mundial foi para a Universidade de Zurique em 1921, onde permaneceu por seis anos com a idade de 39 anos produziu artigos que deram os fundamentos da mecnica quntica. Adotando as idias proposta por Louis de Broglie em 1924 de que partculas de matria possuem uma natureza dual e em algumas situaes podem se comportar como ondas,, Schrdinger introduziu a teoria descreveu o comportamento de tais sistemas por uma equao que conhecida como equao de Schrdinger. Por sua excepcionalidade, foi capaz durante toda sua vida fazer contribuies significativas em quase todos os ramos da cincia e filosofia, uma concluso quase nica uma vez que a tendncia era de especializao tcnica crescente nesta disciplina. fsico Francs, conhecido por sua pesquisa em teoria quntica e por sua descoberta da natureza ondulatria do eltron. Foi o segundo filho de uma famlia nobre francesa. O interesse de De Broglie que ele chamou os "mistrios" da fsica atmica a saber, problemas conceituais no-resolvidos da cincia foi despertado quando ele leu sobre o trabalho dos fsicos alemes Max Planck e Albert Einstein. Comeou com 18 anos a estudar fsica terica em Sorbonne, mas ele tambm obteve seu grau em histria (1909), atendendo assim a expectativa da famlia para uma carreira diplomtica. Aps um perodo de severo conflito, ele declinou do projeto da pesquisa em histria Francesa e escolheu por sua tese de doutorado em um assunto de fsica.


Fsica Modernafsico Alemo, foi o filsofo que descobriu um caminho de formular a mecnica quntica em termos de matrizes (1925). Em 1927 ele publicou seu principio da incerteza, sobre qual ele construiu sua filosofia e pelo qual ele mais bem conhecido. Como uma figura pblica, promoveu ativamente o uso pacifico da energia nuclear aps a Segunda Guerra Fsico terico Ingls, conhecido por seu trabalho em mecnica quntica e por sua teoria do spin do eltron.Evitava companhia, preferindo trabalhar sozinho. Acreditava que uma teoria expressando leis fundamentais de natureza podia ser construda somente baseado em aproximaes, guiado por intuio em vez de conhecimento exato das realidades. Em 1926, ainda estudante da graduao, ele fez sua primeira contribuio principal para fsica da mecnica quntica, as leis de movimento que governa partculas atmicas. Outros fsicos (Max Born, Pascual Jordan) trabalhando na Alemanha anteciparam Dirac neste realizao apenas alguns meses antes. Ele teve a idia revolucionria que o eltron poderia ser descrito como uma onda por funes de onda, satisfazendo quatro equaes diferenciais simultneas. Em seu livro Os Princpios de mecnica quntica (1930), Dirac desenvolveu o que chamou de teoria de transformao da mecnica quntica que mobiliou um mecanismo para calcular a distribuio estatstica de certas variveis quando outras so especificadas. Fsico terico Ingls, foi responsvel pela teoria do big bang e dos buracos negros aplicando sobre ambos a teoria da relatividade e mecnica quntica. Ele tambm trabalhou singularidades de tempo e espao. Trabalhou primeiramente no campo de relatividade geral e particularmente na fsica de buracos negros. Em 1971 ele sugeriu a formao, seguindo o big bang, de objetos numerosos contendo mais de 1,000,000,000 toneladas de massa mas ocupando somente o espao de um prton. Estes objetos, buracos negros chamados, so nicos em que sua imensa massa e gravidade requerem que eles sejam regidos pelas leis de relatividade, enquanto seu tamanho minucioso requer que as leis de mecnica quntica sejam para eles tambm aplicadas. Em 1974 Hawking props que, em acordo com as predies de teoria quntica, buracos negros emitem partculas subatmicas at que eles exaurem sua energia e finalmente explodem.

Nome: Karl Werner Heisenberg Nasceu em 05 de dezembro de 1901 em Wurzburg, Alemanha e morreu em 01 de fevereiro de 1976 em Munique Nobel: 1932

Nome: Wolfgang Pauli Nasceu em 25 de Abril de 1900 em Viena, ustria e morreu em 15 de dezembro de 1958 em Zurique, Sua. Nobel: 1945

Fsico austraco, ganhador de um premio Nobel por sua descoberta em 1925 do princpio de excluso de Pauli, que afirma que em um tomo dois eltrons no podem ocupar o mesmo estado quntico simultaneamente. Este princpio claramente relaciona teoria quntica com as propriedades observadas nos tomos. Props em 1924 que o 4 nmero quntico, que atribuiu os valores +1/2 ou -1/2, era necessrio para especificar o estado energtico do eltron. Em 1925 introduziu seu principio de excluso que tornou ento clara a estrutura da tabela peridica dos elementos. No final da dcada de 20 foi observado que quando uma partcula beta (eltron) emitida de um ncleo atmico, geralmente existe alguma perda de energia e momento, uma violao sria s leis de conservao. Pauli props em 1931 que a perda de energia e momento devido a alguma outra partcula (mais tarde chamada de neutrino por Enrico Fermi) que no possui carga e que no havia sido detectada antes devido interagir to raramente com a matria. Esta partcula no foi observada at 1956.

Nome: Paul Adrien Maurice Dirac Nasceu em 8 de agosto de 1902 em Bristol, Gloucestershire, Inglaterra e morreu em 20 de outubro de 1984 em Tallahassee, EUA. Nobel: 1933

Nome: Stephen William Hawking Nasceu em 08 de janeiro de 1942 em Oxford, Inglaterra. Nobel:


Fsica ModernaAmericano educador e fsico foi quem esteve atentamente associado ao desenvolvimento da bomba atmica. Em 1930 ele foi escolhido presidente do Massachusetts Institute de Technology (MIT), onde ele modernizou o currculo, adicionando aulas de humanidades e cincias sociais. Foi presidente (194849) Estabelecimento Militar Nacional (precursor do Departamento de Defesa dos EUA) e tendo sido um membro da vrios grupos de pesquisa Taylor (1941-1947) desempenhou um importante papel no desenvolvimento da bomba atmica e radar.

Nome: Karl Compton Nasceu em 14 de setembro de 1887 em Wooster, Ohio, EUA e morreu em 22 de Junho de 1954 em Nova Iorque Nobel:

Fsico Americano, nascido italiano, foi um dos principais arquitetos da era nuclear. Ele desenvolveu a estatstica matemtica requerida para esclarecer uma grande classe de fenmenos subatmicos e descoberta do nutron, descobriu a radioatividade com nutron induzido e dirigiu a primeira reao em cadeia controlada envolvendo fisso nuclear.

Nome: Enrico Fermi Nasceu em 29 de setembro de 1901 em Roma, Itlia e morreu em 28 de novembro de 1954 em Chicago, EUA. Nobel: 1938


Fsica ModernaUNIDADE I MODELOS ATMICOS Imagine que exista outra civilizao no espao. Outras formas de vida teriam uma cultura totalmente diferente, uma outra aparncia, mas dividiriam conosco a matemtica e a fsica Martin Rees, astrnomo ingls Durante a evoluo dos modelos atmicos podemos destacar modelos, que por algum tempo, tentaram explicar o que ocorreria no interior de um tomo. Demcrito Por volta de 400 anos a.c. o filsofo grego Demcrito sugeriu que a matria no contnua, isto , ela feita de minsculas partculas indivisveis. Essas partculas foram chamadas de tomos (a palavra tomo significa, em grego, indivisvel) Demcrito postulou que todas as variedades de matria resultam da combinao de tomos de quatro elementos: terra, ar, fogo e gua. Demcrito baseou seu modelo na intuio e na lgica. No entanto foi rejeitado por um dos maiores lgicos de todos os tempos, o filosofo Aristteles. Este reviveu e fortaleceu o modelo de matria contnua, ou seja, a matria como "um inteiro". Os argumentos de Aristteles permaneceram at a Renascena. Modelo de Dalton Todo modelo no deve ser somente lgico, mas tambm consistente com a experincia. No sculo XVII, experincias demonstraram que o comportamento das substncias era inconsistente com a idia de matria contnua e o modelo de Aristteles desmoronou. Em 1808, John Dalton, um professor ingls, props a idia de que as propriedades da matria podem ser explicadas em termos de comportamento de partculas finitas, unitrias. Dalton acreditou que o tomo seria a partcula elementar, a menor unidade da matria. Surgiu assim o modelo de Dalton: tomos vistos como esferas minsculas, rgidas e indestrutveis. Todos os tomos de um elemento so idnticos. Modelo de Thomson Em 1887, o fsico ingls J.J. Thomson demonstrou que os raios catdicos poderiam ser interpretados como um feixe de partculas carregadas que foram chamadas de eltrons. A atribuio de carga negativa aos eltrons foi arbitrria. Thomson concluiu que o eltron deveria ser um componente de toda matria, pois observou que a relao carga/massa (q/m) para os raios catdicos tinha o mesmo valor, qualquer que fosse o gs colocado na ampola de vidro. Em 1889, Thomson apresentou o seu modelo atmico: uma esfera de carga positiva na qual os eltrons, de carga negativa, esto distribudos mais ou menos uniformemente. A carga positiva est distribuda, homogeneamente, por toda a esfera. Modelo nuclear (Rutherford) Em 1911, Lorde Rutherford e colaboradores (Geiger e Marsden) bombardearam uma lmina metlica delgada com um feixe de partculas alfa que atravessava a lmina metlica praticamente sem sofrer desvio na sua trajetria (para cada 10.000 partculas alfa que atravessam sem desviar, uma era desviada). Para explicar a experincia, Rutherford concluiu que o tomo no era uma bolinha macia. Admitiu uma parte central positiva muito pequena mas de grande massa ("o ncleo") e uma parte envolvente negativa e relativamente enorme ("a eletrosfera ou coroa"). Se o tomo tivesse o tamanho do Estdio do Morumbi, o ncleo seria o tamanho de uma azeitona. Surgiu assim o modelo nuclear do tomo. O modelo de Rutherford o modelo planetrio do tomo, no qual os eltrons descrevem um movimento circular ao redor do ncleo, assim como os planetas se movem ao redor do sol. Modelo de Bohr O modelo planetrio de Rutherford apresenta duas falhas: Uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva estacionria, adquire movimento espiralado em sua direo acabando por colidir com ela. (ocorreria o colapso do tomo). Essa carga em movimento perde energia, emitindo radiao. Ora, o tomo no seu estado normal no emite radiao. Em 1913, o fsico dinamarqus Niels Bohr exps uma idia que modificou o modelo planetrio do tomo. Um eltron num tomo s pode ter certas energias especficas, e cada uma destas energias corresponde a uma rbita particular. Quanto maior a energia do eltron, mais afastada do ncleo se localiza a sua rbita. Se o eltron receber energia ele pula para uma rbita mais afastada do ncleo. Por irradiao de energia, o eltron pode cair numa rbita mais prxima do ncleo. No entanto, o eltron no pode cair abaixo de sua rbita normal estvel. Mais tarde, Sommerfeld postulou a existncia de rbitas no s circulares mas elpticas tambm. O modelo utilizado atualmente o chamado modelo de Bohr e Sommerfeld, que apresenta os seguintes postulados: 1 - O eltron gira em torno do ncleo do tomo com movimento circular uniforme, preso por foras eletrostticas e obedecendo as leis de Newton 2 - As nicas rbitas permitidas so aquelas em que o momento angular do eltron u mltiplo inteiro de

h=

n.h , onde (n = 1, 2, 3, ...). 2Elaborado pelo Prof. Argemiro Bastos

10

Fsica Moderna Quando o eltron est em uma rbita permitida, o tomo no irradia. Se o eltron passa de uma rbita para outra, ele absorve ou emite uma quantidade de energia (onda eletromagntica), igual a diferena de energia entre estas rbitas:

E = Ei E fSegundo o fsico alemo Max Planck (1900): "A energia radiante de freqncia f, s pode ser emitida ou absorvida em quantidades discretas (quantum), mltiplos inteiros de h.f, sendo h a constante universal de Planck (6,6 x 10-34 J.s). " E = h.f ou ainda Observaes:

E=

h.C

, onde comprimento de onda da radiao.

Um fton um quantum (partcula) de energia eletromagntica. Os ftons no tm todos a mesma energia. Os "quanta" de luz azul so de maior energia que os de luz vermelha, pois tm menor comprimento de onda e portanto, maior freqncia. Duas fontes luminosas de mesma freqncia (isto , de mesma cor) emitem ftons de igual energia "h.f" . Uma fonte "brilhante" (grande intensidade luminosa) emite MAIS ftons por segundo do que uma fonte "tnue" (pequena intensidade luminosa) da mesma cor, porm os ftons de ambas as fontes tm a mesma ENERGIA.

Modelo orbital Sabe-se hoje que impossvel determinar a rbita (trajetria) de um eltron. Pode-se determinar a probabilidade relativa de encontrar o eltron numa certa regio ao redor do ncleo. DUALIDADE QUNTICA A grande marca da mecnica quntica a introduo do conceito de dualidade e depois, com Werner Heisenberg, do princpio de incerteza. Para a mecnica quntica, o universo essencialmente no-determinstico. O que a teoria oferece um conjunto de provveis respostas. No lugar do modelo planetrio de tomo, com eltrons orbitando em volta de um ncleo, a quntica prope um grfico que indica zonas onde eles tm maior ou menor probabilidade de existir. Toda matria passa a

ser entendida segundo uma tica dual: pode se comportar como onda ou como partcula. o rompimento definitivo com a mecnica clssica, que previa um universo determinstico. "A Luz apresenta propriedades ondulatrias (reflexo, refrao, difrao, interferncia e efeito Doppler) e corpusculares (efeito fotoeltrico e efeito Compton)". Segundo o fsico francs Louis De Broglie as partculas subatmicas (eltrons, prtons, etc.) tambm possuem caractersticas ondulatrias. Esse fato foi comprovado por Clinton Davisson, Lester Germer e G. P. Thomson (filho de J. J. Thomson) . Princpio da incerteza Em 1927 Werner Heisenberg formula um mtodo para interpretar a dualidade da quntica, o princpio da incerteza. Segundo ele, pares de variveis interdependentes, como tempo e energia, velocidade e posio, no podem ser medidos com preciso absoluta. Quanto mais precisa for a medida de uma varivel mais imprecisa ser a segunda. "Deus no joga dados", dizia Albert Einstein, negando os princpios na nova mecnica. Em outras palavras, impossvel determinar a trajetria de um eltron num tomo. Surge ento o modelo orbital. Orbital a regio de mxima probabilidade de encontrar o eltron. Orbital a regio onde o eltron gasta a maior parte do seu tempo. Teoria dos Quarks A teoria mais moderna afirma que existem apenas 12 partculas elementares: seis chamadas lptons (o eltron faz parte deste grupo) e outras seis chamadas quarks. Dois tipos de quarks, o up (para cima) e o down (para baixo), formam os prtons e os nutrons. O quark up tem carga +2/3 enquanto o down tem carga -1/3. O prton um agregado de dois up e um down enquanto o nutron constitudo por um up e dois down. Dois outros quarks foram batizados de charm (charme) e strange (estranho). O charm tem carga +2/3 enquanto o strange tem carga -1/3. Existem nos raios csmicos. Em 1997, foi descoberto o quinto quark, o bottom, enquanto o sexto e ltimo quark, o top, foi identificado em 1995. O top tem carga -2/3 e o bottom, -1/3. O top o mais pesado dos quarks (200 vezes mais pesado que um prton) e no est presente nem em fenmenos normais da natureza nem em raios csmicos, devido alta energia exigida para sua formao. O top deve ter sido produzido no incio do universo e depois pode ter desaparecido.


Fsica ModernaUNIDADE IV RADIATIVIDADE O mal do passado foi os homens se tornarem escravos. O perigo do futuro que eles se tornem robs. Erich Fromm Radioatividade a propriedade de os tomos emitirem partculas e radiaes, como conseqncias de uma instabilidade nuclear. Desintegrao alfa () o processo em que um ncleo pesado emite espontaneamente dois prtons e dois nutrons, o que significa dizer um ncleo de Hlio. Por exemplo,232 4 90Th + 2He Os ncleos de Hlio assim produzidos recebem o nome de partculas alfa ou raios alfa. Quando uma partcula alfa penetra na matria, sua energia de movimento rapidamente transferida, por colises, aos tomos que a rodeiam. Essas colises implicam em ionizaes desses tomos. Ionizar significa remover eltrons de tomos ou molculas, modificando-lhes o comportamento qumico. Como conseqncia, se a matria atravessada for um tecido orgnico, podem ocorrer quebras moleculares e ter inicio danos biolgicos, como mutaes genticas. Porm, no caso de partculas alfa, como sua capacidade de penetrao muito pequena, mesmo as mais energticas no conseguem penetrar a pele humana. O perigo maior, neste caso, fica por conta de ingesto de tomos que emitam esse tipo de partculas. 236 92U

As radiaes, tanto as visveis como as invisveis, fazem parte de nosso mundo, e estamos expostos a elas. A luz uma radiao que se v, o calor uma radiao que se sente, os raios ultravioleta do Sol ou os raios X so radiaes que no so sentidas nem so visveis, apesar de sofrermos os seus efeitos quando nos expomos a elas. Existem na natureza alguns elementos qumicos cujos ncleos so instveis, ou seja , tendem a se transmutar (se desintegrar) em outros elementos mais estveis. Para caracterizar cada tipo de ncleo, utiliza-se um numero de massa (A) e um nmero atmico (Z). Z o numero de prtons; A a soma de Z e N, que o nmero de nutrons. comum a presena na natureza de tomos que possuem o mesmo nmero de prtons, mas com nmero de massa diferentes so os chamados istopos. Os istopos do cloro ou do carbono so encontrados em estado natural, isto , so estveis. Alm de 300 istopos estveis, j foram identificados mais de 1.000 istopos instveis ou radioativos. Um ncleo instvel aquele que se transforma espontaneamente, ou seja, se desintegra em outro ncleo. O processo se repete at que um ncleo estvel se forme. Tipos de desintegrao Sempre que ocorre uma desintegrao, h emisso de radiao, que pode ser constituda de partculas ou ondas eletromagnticas. Os principais tipos so: radiao alfa (), radiao beta () e radiao gama (). As radiaes alfa e beta so constitudas de partculas, enquanto a radiao gama constituda de ondas eletromagnticas. A desintegrao alfa ocorre principalmente nos istopos dos elementos mais pesados, enquanto a desintegrao beta se d nos istopos de todos os elementos.

Desintegrao beta () o processo em que um ncleo emite um eltron, que pode ter carga positiva ou negativa e uma partcula sem carga, sem massa que tem a velocidade da luz, chamada neutrino (). Quando o eltron emitido tem carga negativa, dizemos que ocorreu uma desintegrao beta menos (-). Neste caso, aumenta o nmero atmico de 1 unidade, o que significa a transformao de um nutron em um prton, dentro do ncleo. Este o tipo de desintegrao que ocorre com o Csio 137, ou seja:55Cs 137 137 56Ba + +

A desintegrao beta mais (+) se parece com a anterior, embora seja a o posta daquela. Isto porque agora, um prton se converte em um nutron, emitido um eltron de carga positiva (psitron) e um neutrino. Dessa forma o numero atmico diminui de 1 unidade. Observe o exemplo:13 + 6C + + As partculas betas so bem mais penetrantes que as partculas alfas e tambm provocam ionizao da matria, porm com menos intensidade. A blindagem de partculas beta pode ser feita com placas de alumnio ou plstico. Os eltrons produzidos desse modo so tambm chamados de raios beta. H um principio que governa a desintegrao beta: a carga total, bem como a massa total dos nucleons (prtons e nutrons) no varia durante o processo. 13 7N

Desintegrao gama () Aps uma desintegrao alfa ou beta, o ncleo resultante pode atingir uma nova situao, no exatamente estvel ou instvel, um estado intermedirio que chamaremos de meta estvel. Nessa situao ele deve emitir o excesso de energia na forma de radiao gama. Com a emisso gama, o ncleo apenas rearranja seus nucleons num estado possvel, no alterando portanto o seu numero atmico ou o


Fsica Moderna seu numero de massa. Como os raios gamas so ondas eletromagnticas de alta freqncia sua energia tambm alta. So extremamente penetrantes e interagem com a matria de trs maneiras: provocando a emisso de eltrons, de pares de eltrons psitron ou ainda de pares fton eltrons. A ionizao produzida diretamente pelos raios gama muito pequena. A grande

embora sendo eletricamente neutro em seu conjunto, constitudo de partculas dotadas de cargas eltricas de sinais opostos, ou seja, ons e eltrons. O universo constitudo, em sua quase totalidade, de plasmas, j que as estrelas, em conseqncia de sua elevada temperatura, quase no contm mais tomos neutros, mas apenas ons atmicos e eltrons. Os plasmas, porm, no existem somente nas estrelas. O vento solar e a ionosfera terrestre so constitudos de plasma. A energia que as estrelas e o Sol irradiam por bilhes de anos nasce da reao de fuso dos ncleos de hidrognio no interior desses corpos celestes. Exemplo de fuso:2 1H

+ 2He4 2He4 + 1p0 + Q, onde Q = 18,3 Mev

capacidade de ionizao fica por conta das partculas emitidas pela sua interao com a matria. Meia vida de um ncleo atmico Ao desintegra-se, um ncleo instvel pode atingir uma situao estvel ou formar um novo ncleo radioativo, que vai tambm se desintegrar aps um determinado perodo. Essa cadeia de desintegrao se completa quando o resultado um ncleo estvel. A transio de um estado para o outro geralmente instantnea, no entanto, um ncleo pode existir muito tempo antes de sofrer uma desintegrao. No possvel saber quando vai se desintegrar um ncleo; de acordo com leis estabelecidas pela fsica moderna se pode predizer a probabilidade que um ncleo se desintegre dentro de um certo perodo. Isto pode ser expresso dando-se o perodo dentro do qual um ncleo tem 50% de probabilidade de sofrer desintegrao. Vamos tomar como exemplo o N 13 que tem uma meia vida de 10 minutos. Se tivermos uma amostra de 1.000 ncleos, ao final de 10 minutos 500 se desintegraram, depois de mais 10 minutos, dos 500 restantes, 250 sofreram desintegrao; 125 se desintegram no perodo seguinte e assim sucessivamente. Um outro termo muito comum no estudo da radioatividade de vida mdia que o tempo mdio de vida de todos os tomos de uma amostra radioativa. A meia vida corresponde a 70% da vida mdia. Do ponto de vista da produo de energia, interessam-nos as chamadas reaes exoenergticas, que podem ser subdivididas em duas categorias: fuso e fisso. Fuso nuclear (bomba de hidrognio) a unio de dois ou mais tomos leves, para formao de um outro mais pesado ou estvel com grande liberao de energia. Para haver fuso, a materia precisa ser transformada em plasma atmico. A palavra plasma significa um gs que,

fisso nuclear (bomba atmica) a quebra de um tomo pesado e instvel em outros menores e mais estveis, com grande liberao de energia. Nesse fenmeno, descoberto em 1939 pelos alemes Otto Hahn e Fritz Strassmann, um ncleo, por exemplo de Urnio, ao ser atingido por um nutron, se separa em dois fragmentos aproximadamente iguais, que formam dois ncleos de nmeros atmicos intermedirios. A energia liberada durante a reao de fisso consiste na energia dos ftons gama e na energia cintica dos fragmentos da fisso e dos nutrons. Atravs dos choques no interior da massa de Urnio, a energia liberada faz a temperatura do material aumentar. Quando um nutron atinge um ncleo de Urnio este se divide em dois ncleos. Liberando cerca de 200 Mev de energia e dois ou trs nutrons. Movendo-se atravs da massa circundante, os nutrons emitidos podem a vir colidir com outros ncleos de Urnio, provocando assim outras fisses, que tambm liberam novos nutrons. Tal processo pode se repetir ao infinito o que chamamos de reao em cadeia. Na prtica, necessrio observar uma srie de condies para que a reao


Fsica Moderna em cadeia se inicie, se mantenha, mas, ao mesmo tempo, no se torne incontrolvel. Eis os pontos mais importantes para o sucesso da operao: 1. O Urnio encontrado na natureza constitudo quase que totalmente (99,3%) pelo istopo 238. o istopo 235, que participa da fisso, representa apenas 0,7% do total. O Urnio utilizado nos reatores um mistura de istopos, mas apenas os desse ultimo tipo participam da reao. Enriquecer o urnio 235 significa aumentar a porcentagem desse istopo em relao a de urnio 238. 2. apenas o urnio 235 e o plutnio 239 sofrem fisso por ao de nutrons lentos, isto , neutros que perdem energia devido aos choques elsticos contra ncleos mais leves que o do urnio. Exemplo de fisso: 235 + 0n1 U* 56Ba144 + 36Kr89 + 3 n + Q 92U A enorme quantidade de energia produzida numa fisso nuclear provm da transformao da matria em energia. Na fisso nuclear h uma significativa perda de massa, isto , a massa dos produtos menor que a massa dos reagentes. Tal possibilidade est expressa na famosa equao de Einstein: E=mc2, onde E energia, m massa e c a velocidade da luz no vcuo. No processo de fisso, cerca de 87,5% da energia liberada aparece na forma de energia cintica dos produtos da fisso e cerca de 12,5% como energia eletromagntica. Equao geral para a desintegrao nuclear

Vivemos envolvidos em radiaes procedentes do Sol, de minerais radiativos que se encontram no subsolo, de materiais usados na fabricao de casas, de elementos do prprio organismo, como o potssio e o carbono, de aparelhos de TV, de raios X. As radiaes podem ser benficas ou nocivas, depende das doses e do tempo de exposio a que so submetidas as pessoas.

N = N 0 .e .t , onde a taxa de decaimento e t a meia vida. A = A0 .e .t , onde A a atividade da amostra em Curie (Ci)Na prtica usamos a seguinte expresso:

So muitas as aplicaes de elementos radiativos benficas para o ser humano: em medicina, so usados no diagnstico de doenas ou no tratamento de cnceres; na indstria, para o estudo de materiais e controle de qualidade; e em arqueologia, biologia, geologia e outros ramos da cincia. Mas eles tambm podem produzir efeitos extremamente nocivos, como no caso dos cnceres. Estes se originam com a radiao atravessando a pele ou com a ingesto de alimentos contaminados com elementos radiativos, que afetam os mecanismos de reproduo das clulas, provocando sua degenerao.

Quantidade de radiao recebida durante um ano, normalmente, por uma pessoa

N0 = 2 x , onde x o numero de decaimentos sofridos pela amostra e dado por: N x= t t, onde t o tempo total de observao e t a meia vida da amostra.

Medidas das radiaes As radiaes so medidas pelos efeitos produzidos no meio que atravessam. Para medi-las, usam-se instrumentos eletrnicos bem sensveis que acusam quantidades muito pequenas de radiao. Como a ao das diferentes radiaes sobre os organismos vivos no pode ser medida considerando-se apenas a energia absorvida (porque depende tambm da natureza da radiao e do tecido irradiado), usa-se uma grandeza denominada dose equivalente. Sua unidade o rem. Habitualmente, usase o milirem (mrem), que a milsima parte do rem. Efeitos da radiatividade


Fsica ModernaEm 1905, Albert Einstein (com apenas 26 anos), revolucionou o pensamento cientifico ao apresentar ao mundo a sua teoria da relatividade. A partir de tal teoria, os conceitos de espao e tempo perdem o seu carter ABSOLUTO e passam a assumir um carter RELATIVO, ou seja, eles se modificam conforme a velocidade do observador. No fim do sculo XIX, Maxwell e Hertz propuseram que a luz era uma radiao eletromagntica. E uma vez supondo que a luz tivesse propriedades ondulatrias, se achava natural que existisse um meio no qual a luz se propagasse. Esse meio foi denominado de TER. Para que este ter fosse portador de ondas luminosas, se postulou que este ter era uma substncia mais ligeira que qualquer gs ou vapor e paralelamente tinha uma rigidez parecida com a do ao.. Michelson e Morley idealizaram uma experincia para provar a natureza do ter e qual a velocidade da luz em relao a esse ter. Foi utilizado um interfermetro, porm os resultados experimentais em nada ajudaram tal teoria. Ento, estamos diante de um srio problema. Ou a experincia de Michelson e Morley no est bem feita ou a fsica clssica (equaes relativsticas de Galileu) no est correta. Depois de vrias comprovaes da veracidade da experincia, no se pode fugir da verdade. Devia-se desprezar as equaes propostas por Galileu e

UNIDADE III RELATIVIDADE Nos matamos o tempo, mas ele enterra-nos. Machado de Assis (escritor)

A quieta viagem ou o passeio pouco rgido pelo espao tempo (Hayde) Nos temos afastado Creio que se vo dez geraes que viajamos inda nos moveremos? Nada se v. Disse meu av que seu av dizia que outros vieram passar as estrelas e depois nada. Uma viagem pelo faixo da luz ao nada E agora. Tch? Uma grande revoada, outra nave que passa. Ela vem ou eu vou? O ignoro, eles tambm. Fazem as mesmas coisas que ns mas so mais lentos e mais curtos eles me falam nos vem mais curtos, nos vem mais lentos De pronto se afastam ou eu me afasto Nunca saberemos o que est se passando Passar o tempo? Que tempo marcam os relgios do Universo? Terei eu envelhecido nesta nave detida no tempo? Primeira verso traduzida por Carola & Manoel A palavra RELATIVIDADE significa que uma determinada grandeza depende de uma outra, ou a aparncia que um determinado fenmeno apresenta para um certo observador em repouso ou em movimento para o fenmeno. Para Galileu Galilei, parecia lgico que a aparncia da natureza no se modificasse pelo fato do observador estar ou no em repouso (fsica clssica).

descobrir trans formaes corretas. O responsvel em descobrir essas transformaes foi Lorentz, porm ainda faltava a aplicabilidade de tais transformaes.

experimento de Michelson-Morley


Fsica Moderna Para criar a tria da relatividade restrita, Einstein partiu da observao experimental de que a velocidade das ondas eletromagnticas a mesma em todos os sistemas de referncia. Isso significa que todos os observadores, independentemente de seu estado de movimento, constataram que as ondas eletromagnticas viajam com a velocidade da luz. Einstein conseguiu explicar por que esse resultado contradiz o mtodo clssico de composio de velocidades. claro que estas mudanas na forma de pensar acarretam muita controvrsia, tanto que Einstein no ganhou um premio Nobel de fsica pela teoria da relatividade. A teoria da relatividade restrita pode ser deduzida de dois postulados propostos por Einstein:1) O movimento uniforme e absoluto no pode ser percebido. (As leis fsicas so as mesmas em todos os referenciais inerciais. No existe qualquer referencial inercial preferencial). 2) A velocidade da luz independente do movimento da fonte. (A velocidade da luz a mesma em todos os referenciais inerciais). AS TRANSFORMAES DE LORENTZ Lorentz, para corrigir as transformaes de Galileu, introduziu um coeficiente , que tende a 1 quando a velocidade v muito menor que c. ; onde c a velocidade da luz no vcuo 1 = 21 V C2

T=

T0 1 V2 C2

Massa relativstica Aplicando-se as transformaes de Lorentz para analisarmos, por exemplo, o choque elstico de duas partculas, observamos que a massa de uma partcula observada de um referencial no igual massa observada de outro referencial. Sendo que:

M =

M0 1 V2 C2

1) 2) 3)

Ento, de acordo com esta equao: A massa depende do sistema de referencia do qual observado o corpo; A massa aumenta quando o corpo est em movimento; Introduzindo os conceitos relativsticos de tempo, comprimento e massa na definio de trabalho, demonstra-se que as variaes de massa e energia cintica so diretamente proporcionais e relacionam-se pela expresso:

E = m.c 2Einstein partiu desse resultado matemtico para uma impressionante generalizao: no s as variaes de massa e da energia cintica so diretamente proporcionais, mas tambm a massa total do corpo tambm diretamente proporcional sua energia total. Com esse passo, chega-se ao principio da equivalncia entre massa e energia: a energia e a massa so grandezas equivalentes. Dizer que um corpo possui energia o mesmo que dizer que ele possui massa. Na mecnica Newtoniana, um ponto material em repouso em relao a um determinado referencial e isolado de foras externas no possui energia. Ele s adquire energia se uma fora externa lhe conferir energia cintica ou potencial. J na Teoria da Relatividade, a massa e a energia so equivalentes. Assim, um corpo em repouso, cuja massa de repouso m0, possui uma energia de repouso, dada por m0.c2. S para se ter uma idia quantitativa,se calcularmos a energia de repouso de um corpo de massa 1 kg encontramos 9.1016 J; essa energia seria suficiente para fazer evaporar a gua de 10.000 piscinas olmpicas!

CONSEQNCIAS DAS TRANSFORMAES DE LORENTZ Contrao do comprimento Consideremos uma barra de comprimento L0 em repouso em relao a um referencia (2), que por sua vez se desloca com velocidade constante em relao a um referencia (1). A barra apresenta-se contrada para o observador em movimento, com um comprimento L dado por:

L = L0 . 1

V2 C2

Dilatao do tempo Suponha que um ponto A, em repouso em relao a um referencial (2), que por sua vez encontra-se em movimento em relao a um referencial (1) com velocidade constante. Para o observador em movimento o mesmo evento que para o observador em repouso dura T0, para ele durar T.


Fsica ModernaUNIDADE V TEXTOS E PERGUNTAS UNIDADE III EFEITO FOTOELTRICO Faa as coisas o mais simples que voc puder, porm no as mais simples. Albert Einstein Um outro problema bastante difcil para a fsica clssica explicar era o espectro das radiaes emitidas por um corpo. As teorias clssicas, que se baseavam nos princpios da termodinmica e nas leis do eletromagnetismo, no eram capazes de justificar a forma desses espectros. A soluo foi encontrada pelo fsico Max Planck (1858 1947), que introduziu o conceito de energia quantizada, ou seja, ele sugeriu a hiptese de que a energia de uma onda eletromagntica de freqncia f (medida em Hertz) no pode ter um valor qualquer, mas apenas valores mltiplos inteiros de uma energia mnima dada por:

E = h. fle

.

Nessa relao h uma constante cujo valor foi determinada por Planck e va-

6,6.10 34 J.s

Estava estabelecida a Fsica Quntica.

A idia de Planck foi retomada e ampliada posteriormente por Einstein, no seu trabalho intitulado efeito fotoeltrico. O efeito fotoeltrico consiste na retirada de eltrons da superfcie de um metal atingido por radiaes eletromagnticas. Em outras palavras a energia chega em pacotes de energia (quanta de energia), esses pacotes foram posteriormente denominados de ftons. Para que os eltrons sejam retirados com uma certa energia cintica necessrio que a radiao incidente tenha uma energia mnima chamada de funo de trabalho do metal. Matematicamente, podemos expressar o efeito fotoeltrico por:

E = h. f w ,Comumente esta expresso, em termos do comprimento de onda da radiao incidente, dada por:

E=

h.c

w

A Grande Exploso (BIG BANG) O Universo caracterizado por sua grande complexidade, com estruturas em escalas que vo de luas a planetas, de estrelas a grupos de grupos de galxias e ainda mais alm. Matria barinica comum, na forma de prtons e nutrons, nos ncleos atmicos, e eltrons, em suas coroas eletrnicas, aparece principalmente nas estrelas e em disperses de gs. Mas a maior parte da matria do Universo tida como matria escura, de composio desconhecida, embora presumivelmente de natureza em grande parte no barinica, e cuja existncia derivada dos seus possveis efeitos gravitacionais. Observaes astronmicas das velocidades das galxias em relao Terra mostram que elas se afastam com velocidades proporcionais s distncias que as separam da Terra, velocidades estas que podem chegar prximas da velocidade da luz. Pelo princpio cosmolgico, a Terra no pode ter qualquer posio privilegiada no Universo, e se conclui que as galxias, de modo geral, se afastam umas das outras com velocidades proporcionais as suas distncias relativas. Assim, as observaes revelam que o Universo est explodindo violentamente e por extrapolao, deve ter tido incio em um tempo no qual no existiam nem galxias, nem estrelas, nem sequer tomos ou ncleos atmicos, mas apenas um gs de ftons e barions e partculas de matria escura. Segundo o modelo padro, o Universo nasceu com uma grande exploso. Todos os pontos do espao explodiram ao mesmo tempo. No primeiro centsimo de segundo aps o seu aparecimento, o Universo tinha uma densidade da ordem de 109 C. vezes a densidade da gua e uma temperatura da ordem de 1011 Ento, eltrons, psitrons, neutrinos e ftons, em igual nmero e portando energia em igual quantidade, existiam em um equilbrio dinmico, isto , apareciam e desapareciam continuamente na mesma proporo: pares eltron-psitron se formavam s custas da aniquilao de ftons e neutrinos e estes se formavam s custas da aniquilao daqueles. De prtons e nutrons, existiam apenas quantidades muito pequenas. Com o passar do tempo e devido expanso do Universo, a temperatura caiu at atingir um valor tal que o equilbrio entre a taxa de criao e a taxa de destruio dos pares eltron-psitron se rompe, favorecendo a segunda. Alguns minutos depois da grande exploso, o Universo tinha uma densidade quase como a da gua e uma temperatura da ordem de 106 e prtons e nutrons puderam formar nC, cleos de hidrognio pesado e estes, ncleos de hlio. O Universo continha, ento, principalmente ftons, neutrinos e antineutrinos e uma pequena parte de ncleos atmicos (73% de hidrognio e 27% de hlio) e de eltrons sobreviventes da era da aniquilao. Depois de algumas centenas de milhares de anos a temperatura do Universo ficou pequena o suficiente para que estes eltrons pudessem ser capturados pelos ncleos para formas os correspondentes tomos. Ento, por efeito do


Fsica Moderna campo gravitacional que permeia todo o Universo o gs resultante comeou a se contrair para formas os aglomerados que originaram as estrelas e galxias. De qualquer modo, os ingredientes para tanto j estavam presentes depois de alguns minutos da grande exploso. Armas nucleares e reatores nucleares Sabemos que quando um ncleo sofre fisso, ele se divide em dois fragmentos e vrios nutrons. Se cada um desses nutrons for capturado por um outro ncleo fssil, o processo continua e o resultado uma reao em cadeia de reaes, na qual a fisso sbita de muitos ncleos e a liberao resultante de muitos ncleos e a liberao resultante de enorme quantidade de energia produzem uma exploso nuclear. Na bomba atmica (nome no muito descritivo) uma certa quantidade de massa crtica, de nucldeos fsseis repentinamente acionada pelo mecanismo da bomba e resulta na exploso nuclear. Se a massa for menor que a massa crtica, muitos nutrons se perdero e a reao em cadeia no se sustentar. Uma maneira de disparar a bomba consiste em usar uma exploso qumica para ativar duas massas subcrticas separadas, contendo material fssil em ambas, e assim a massa crtica poder ser atingida. Urnio 235 e plutnio 239 foram ambos usados em armas nucleares. O plutnio 239 produzido pelo bombardeio de urnio 238, o istopo mais comum do urnio, com nutrons. O urnio 239 se desintegra em neptnio 239 que se desintegra em plutnio 239. Em um reator nuclear, somente um dos nutrons emitidos quando o ncleo sofre fisso capturado por outro ncleo fssil. Dessa maneira a reao mantida sob controle. A fisso continua, mas a uma velocidade mais baixa do que a de uma bomba. O reator mantido sob controle ajustando a posio de absoro de nutrons nas barras de controle que so inseridas entre os elementos combustveis nucleares do reator. Essas barras so geralmente feitas de cdmio ou boro, dois elementos altamente eficientes na absoro de nutrons. A figura mostra um esquema de um reator nuclear. O reator serve apenas como fonte de calor para ferver a gua. Ento, numa mquina de energia convencional, o vapor aciona uma turbina geradora que produz eletricidade.A Bomba Atmica A bomba atmica uma aplicao blica da fisso nuclear que utiliza a imensa quantidade de energia e radiao liberadas numa reao de fisso em cadeia para causar destruio. Podemos descrever esta ao por etapas: 1-) O incio da exploso de uma bomba atmica corresponde ao incio da reao em cadeia que ocorre em pleno ar. Ao ser detonada atinge temperaturas da ordem de milhes de graus Celsius.

2-) Aps 2,5 segundos, a massa gasosa em que se transformou a bomba emite elevadas quantidades de raio X e raios ultravioletas, podendo destruir a retina e cegar pessoas que olharem diretamente. 3-) Entre 2,5 e 6 segundos, a radiao j foi totalmente absorvida pelo ar ao redor, que se transforma numa enorme bola de fogo cuja expanso provoca a destruio de todos os materiais inflamveis num raio mdio de 1 km, assim como queimaduras de primeiro, segundo e terceiro graus. 4-) Aps 6 segundos, a esfera de fogo atinge o solo iniciando uma onda de choques e devastao que se propaga atravs de um deslocamento de ar comparvel a um furaco com ventos de 200 a 400 km/h. 5-) Aps 2 minutos a esfera de fogo j se transformou completamente num cogumelo que atinge a estratosfera. As partculas radioativas se espalham pela atmosfera levadas pelos ventos fortes e acabam se precipitando em diversos pontos da Terra durante muitos anos. A bomba de Hidrognio A bomba de hidrognio uma aplicao blica da fuso nuclear que visa causar destruio com base na colossal energia e no grande fluxo de nutrons liberados nas reao de fuso. Para que ocorra a fuso nuclear usada, antes, uma bomba de fisso, para

que a energia necessria seja atingida. Nunca uma bomba H foi usada numa guerra, mas em testes nucleares a maior bomba de todos os tempos foi a MONSTER BOMB, detonada pela Rssia, lanada de avio, que alcanou 57 MEGATONS. Voc sabia?


Fsica Moderna o Que a quantidade recebida de radiao de um televisor de 0,03 mSv/ano e a quantidade recebida da usina nuclear por uma pessoa que vive cerca de 1 Km dela de 0,05 mSv/ano? o Que as fontes de radiao que esto mais prximas das pessoas so aparelhos eletrnicos como: Televises, Monitores de microcomputadores, relgios, entre outros, que juntos emitem em torno de 0,15 mSV/ano (miliSievert) - Sievert (Sv) uma unidade de medida utilizada para avaliar os efeitos decorrentes das doses de radiao absorvidas no organismo vivo. MiliSievert (mSv) a milsima parte do Sv. o Que a televiso como dito acima emite uma quantidade anual de radiao que no chega a ser nociva a sade humana, mas, no entanto, alm dessas fontes prximas (televiso, etc) tambm estamos expostos a radiao natural que responsvel por 67,6% do total da radiao a que o homem est submetido (raios csmico, crosta terrestre, alimentos). Por que? Por que? Por que? Por que? Por que? O que h entre o eltron e o ncleo do tomo? No existe nenhum tipo de matria, apenas foras que mantm o tomo em equilbrio. Segundo o modelo de tomo estabelecido por Ernest Rutherford (18711937), fsico neozelands, os eltrons giram em torno do ncleo, onde esto os prtons e os nutrons. A distncia entre essas partculas permanece constante graas ao de foras eletrostticas, que mantm em repouso corpos dotados de carga eltrica. Essa distncia varia de um tomo para outro. Em um tomo de hidrognio, o mais simples, ela de 0,628 (1 = 1010 m), explica o qumico Andr B. Henriques, da Universidade de So Paulo. Na fisso nuclear, o que acontece aos eletrons do tomo? Eles se rearrajam.para produzir energia nuclear, preciso que o ncleo, onde esto alojados os prtons e os nutrons do tomo se quebre. O elemento qumico mais usado na fisso o urnio porque seu ncleo, que possui geralmente 92 prtons e 143 nutrons, se parte com muita facilidade. Durante a fisso, o ncleo se divide formando outros dois ncleos, explica o engenheiro nuclear Jos Rubens Maiorino. Nas vrias fisses que ocorrem sero formados diferentes combinaes de prtons e nutrons. Os eltrons que antes orbitavam ao redor do ncleo de Urnio iro passar a orbitar em torno desses ncleos recm-formados, transformando-se praticamente todos os elementos qumicos existentes na natureza. Por que o csio radioativo brilha? Porque o ncleo dos tomos de csio radioativo, chamado csio 137, se parte com muita facilidade. Partindo-se, libera partculas subatmicas que escapam do ncleo e vo se chocar com os eltrons localizados na periferia do tomo. Resultado: a energia dos eltrons aumenta. Para retornar ao estado de equilbrio anterior, os eltrons tem que se livrar do excesso de energia. E fazem isso emitindo luz. Da o brilho do csio 137. Outros materiais radioativos, como o rdio, tambm brilham no escuro, acrescenta o qumico Atlio Vanin, da USP. 19

O que a gua pesada das usinas nucleares? Durante a quebra dos tomos de urnio em um reator nuclear so liberados nutrons que, ao colidirem com outros tomos de urnio, so absorvidos provocando tambm sua fisso. Mas os nutrons so liberados com altssima carga de energia, que precisa ser diminuda para possibilitar sua absoro pelos outros tomos e a continuidade da reao em cadeia. Entra ento em cena a gua pesada, que circunda o tubo de metal onde est o urnio. Apesar de ter aparncia e propriedades qumicas exatamente iguais s da gua comum, sua composio diferente. Os dois tomos de hidrognio da gua saem das torneiras so substitudos por dois deutrios. A diferena que o tomo de hidrognio possui apenas um prton e um eltron, enquanto o de deutrio tem ainda mais um nutron em seu ncleo. Isso faz com que ele tenha quase o dobro de massa, da o nome de gua pesada. Quando o nutron superenergetico resultante da fisso do urnio colide com o deutrio, sua energia diminui, sem que ele seja absorvido. como o choque de duas bolas de bilhar, explica o fsico Ricardo Galvo da USP. Com a energia cedida pelo nutron do tomo de hidrognio, a gua pesada atinge temperaturas muito altas e pode ser usada para a produo de energia eltrica.

EXERCCIOS Modelos atmicos

1) (UFPA-86) O significado fsico da dualidade Onda-Partcula : a) sempre existe uma probabilidade de encontrarmos uma onda em um ponto do b) c)

espao. Em um ponto do espao sempre podemos encontrar uma onda-partcula. A intensidade da onda material num ponto inversamente proporcional probabilidade de se encontrar a partcula neste ponto. d) A intensidade da onda material num ponto diretamente proporcional probabilidade de se encontrar a partcula neste ponto. e) No existe significado fsico da dualidade onda-partcula, e sim o significado fsico do quadrado da dualidade onda-partcula. (UFRGS/1985/2a Etapa) Segundo o modelo de Bohr, o tomo pode absorver e emitir pacotes quantizados de energia, chamados ftons. O diagrama abaixo apresenta as energias de alguns estados estacionrios do tomo de hidrognio.

2)

n=8 n=4 n=3 n=2 n=1

0,0 eV -08 -1,5 -3,4Elaborado pelo Prof. Argemiro Bastos

-13,6

Fsica Moderna Selecione a alternativa que completa corretamente as lacunas abaixo: Um fton emitido quando o tomo de hidrognio faz a transio do estado estacionrio n = 3 para o n = 2 tem uma energia ________, uma freqncia _________ e um comprimento de onda ________ do que um fton emitido na transio do estado n = 4 para o n = 3. a) maior - maior - menor b) maior - menor - maior c) menor - menor - maior d) menor - maior - menor e) maior - maior - maior E(eV) 3) (UFRN-99) Um tomo de hidrognio, ao passar de um estado quntico para outro, emite ou absorve radiao eletromagntica de energias bem definidas. No diagrama ao lado, esto esquematicamente representados os trs primeiros nveis de energia do tomo de -1,5 hidrognio. Considere dois ftons, f1 e f2, com energias iguais a -3,4 10,2 eV e 8,7 eV, respectivamente, e um tomo de hidrognio no estado fundamental. Esse tomo de hidrognio poder absorver: a) apenas o fton f2 b) apenas o fton f1 c) ambos os ftons -13,6 d) nenhum dos dois ft o n s

2 Estado Excitado 1 Estado Excitado

Estado Fundamental

4)

(PUC-MG/99) Escolha, entre os modelos atmicos citados nas opes, aquele (aqueles) que, na sua descrio, incluiu (incluram) o conceito de fton: a) Modelo atmico de Thomson. b) Modelo atmico de Rutherford. c) Modelo atmico de Bohr. d) Modelos atmicos de Rutherford e de Bohr. e) Modelos atmicos de Thomson e de Rutherford. (UFMG-97) A figura mostra, esquematicamente, os nveis de energia permitidos para eltrons de um certo elemento qumico. Quando esse elemento emite radiao, so observados trs comprimentos de onda diferentes, a, b, c.

1 - Com base na figura, EXPLIQUE a origem da radiao correspondente aos comprimentos de onda a, b e c. 2 - Considere que a < b< c. Sendo h a constante de Planck e c a velocidade da luz, DETERMINE uma expresso para o comprimento de onda a. Relatividade

6)

5)

(UFPA-87) Uma das maiores conseqncias da teoria da relatividade restrita que: a) a massa uma forma de energia. b) A conservao da quantidade de movimento no satisfeita em colises atmicas. c) A conservao da energia s vlida, se as energias envolvidas forem de natureza mecnica. d) A velocidade da luz no vcuo vale 300.000 km/s.


Fsica Moderna e) As leis do eletromagnetismo valem somente em um referencial preferencial.

7)

(UFRN-99) Nos dias atuais, h um sistema de navegao de alta preciso que depende de satlites artificiais em rbita em torno da Terra. Para que no haja erros significativos nas posies fornecidas por esses satlites, necessrio corrigir relativisticamente o intervalo de tempo medido pelo relgio a bordo de cada um desses satlites. A teoria da relatividade especial prev que, se no for feito esse tipo de correo, um relgio a bordo no marcar o mesmo intervalo de tempo que outro relgio em repouso na superfcie da Terra, mesmo sabendo-se que ambos os relgios esto sempre em perfeitas condies de funcionamento e foram sincronizados antes de o satlite ser lanado. Se no for feita a correo relativstica para o tempo medido pelo relgio de bordo, a) ele se adiantar em relao ao relgio em terra enquanto ele for acelerado em relao Terra. b) ele ficar cada vez mais adiantado em relao ao relgio em terra. c) ele se atrasar em relao ao relgio em terra durante metade de sua rbita e se adiantar durante a outra metade da rbita. d) ele ficar cada vez mais atrasado em relao ao relgio em terra. (UFBA-99) Considerem-se os seguintes dados:8 31

uma rbita mais externa de energia (E 2 = 5,43 x 10 J) , de aproximadamente 10 eV . (08) O comprimento de onda da radiao eletromagntica que, absorvida por um tomo de hidrognio, faz passar o eltron da rbita de energia E1 para a rbita de energia E 2 , sendo E 2 > E 1 , dado por = (16)

19

hc . E2 E1

A radiao eletromagntica manifesta tanto propriedades ondulatrias (na interferncia e na difrao) como propriedades corpusculares (nos processos de absoro e de emisso).

9)

(01) (02) (04)

(UFMS-99) A respeito da natureza da luz, correto afirmar que a luz uma onda eletromagntica. a luz tem uma natureza de partcula. a velocidade da luz uma constante independente do meio em que se propaga. (08) a velocidade da luz, no vcuo, a mesma em todos os sistemas de referncia inerciais. (16) a velocidade da luz, no vcuo, estabelece um limite superior de velocidade. de v= 0,5 c, em que c a velocidade da luz, o que acontece com a massa? Aumenta, em relao sua massa de repouso, por um fator

8)

10) (PAS-UFLA-00) Quando aceleramos um eltron at que ele atinja uma velocidaa) b) c) d) e)

velocidade da luz no vcuo: c = 3,0 x 10 m/s ; massa do eltron: me = 9,11 x 10 massa do prton: m p = 1 67 x 10 ,

kg ;

= =

1

27

kg ; J s;

constante de Planck: h = 6,63 x 10 um eltron-volt: 1 eV = 1 6 x 10 ,19

34

Aumenta, em relao sua massa de repouso, por um fator Diminui, em relao sua massa de repouso, por um fator Diminui, em relao sua massa de repouso, por um fator No sofre nenhuma alterao.

0,75 1 0,5

J.

= 0,75 = 0,5

Com base nesses dados e de acordo com a Teoria da Relatividade e a Fsica Quntica, correto afirmar: (01) Ao se acenderem os faris de um automvel que se movimenta em linha reta, com velocidade v , a velocidade do sinal luminoso, medida por um observador parado na estrada, igual a v + c . (01) A ordem de grandeza da energia de repouso de um tomo de hidrognio de 10-10 J. (04) A energia que deve ser fornecida a um tomo de hidrognio, para fazer passar seu eltron da rbita mais interna de energia (E 1 = 21 73 x 10 ,19

Efeito fotoeltrico

11) (UNIFAP-90) A funo trabalho do Na 2,3 eV. O comprimento de onda mximo a) b) c) d)21 Elaborado pelo Prof. Argemiro Bastosque provoca a emisso de fotoeltrons do Na prximo de: 6.700 5.400 4.800 3.600

J) a

Fsica Moderna e) 2.000

12) (UNIFAP-95) A energia de um fton da onda de uma das rdios FM de Macap, a) b) c) d) e)em MeV, da ordem aproximada de: 10-1 10-13 10-26 10-34 10-48

b) c) d) e)

10.000 15.000 20.000 40.000

17) (UNIFAP-2000)

Uma fonte radioativa artificial emite radiao taxa de 5.000 contagens / minuto. Sabe-se que a meia vida do elemento qumico que constitui a fonte de 12 dias e que, no momento de sua produo, a taxa de contagem era de 80.000 contagens / minuto. Calcule h quanto tempo a fonte foi produzida.

13) (UNIFAP-97) Uma

placa fotoeltrica de cobre (funo trabalho de 4,3 eV) iluminada em um laboratrio com uma luz. a) Calcule a freqncia mnima com que se deve iluminar a placa para que fique eletrizada. b) Se variarmos a freqncia aumentando-a alm daquele valor mnimo, esboce em um diagrama como a energia cintica mxima dos fotoeltrons arrancados da placa aumentar como funo deste aumento. de da ordem de 10 W/m2 tem um comprimento de onda que est na faixa dos 4.500 . Considerando que a pupila de uma pessoa que admira o cu azul de Macap tem aproximadamente 4,0 mm de dimetro, estime a ordem de grandeza do nmero de ftons azuis que a atravessam a cada segundo de deslumbramento. Apresente todos os clculos. da ordem de 10 , uma delgada placa metlica de ouro com 6,63.10 g, absorve completamente a energia incidente. Sabendo-s que o calor especifico do ouro 3,2.10-2 cal/g. determine a ordem de grandeza do nmero de ftons que deC, ve incidir sobre a placa de modo a elevar sua temperatura em 0,5 Despreze C. todas as perdas.6 -3

18) (UNAMA-2000)ATENO

O efeito da radiao no organismo pode ser letal. Quando uma pessoa expo de elementos radioativos, estes elementos em rgos e tecidos, podendo desenvolv outras doenas, o cncer.

14) (UNIFAP-98) O azul do cu que ilumina o equador brasileiro com uma intensida-

A natureza eltrica das partc completam as reaes de decaiment so, respectivamente:232 90 218 228 88

15) (UNIFAP-99) Ao ser iluminada por luz infravermelha, cujo comprimento de onda

III III -

Th Po Ac

+ + +

Ra At Th

218 85

84 227

227 90

Radioatividade

89

16) (UNIFAP-98-especial) A chamada radioterapia, ou terapia de radiao, empre-

gada no tratamento de alguns tipos de cncer. Consiste em expor, controladamente, o tecido canceroso a partculas ou radiao emitidas por ncleos de determinados tomos, chamados de radioativos. Por exemplo, no tratamento de cncer da tireide utiliza-se o 131I (iodo-131), cuja meia vida de, aproximadamente, 8 dias. Se em uma determinada amostra existem 80.000 ncleos de 131I, podemos assegurar que o nmero de ncleos restantes, aps decorridos 24 dias, cerca de: a) 5.000

a) b) c) d)

positiva negativa negativa negativa positiva positiva positiva nula negativa negativa positiva - nula


Fsica Moderna 19) (UFJF-99) Substncias radioativas obedecem chamada lei do "decaimento exponencial", que consiste no fato de que aps um tempo denominado "meiavida", a quantidade do material radioativo original remanescente a metade do material radioativo presente no comeo do intervalo. Graficamente, pode-se expressar a lei do decaimento radioativo como: Se a meia-vida de um material radioativo for 27 min e, se s 10 h, havia 8.106 n-

cleos deste material, a partir do qual no se adiciona mais material, quantos ncleos do material haver s 10 h e 54 min do mesmo dia? a) 8.103 ncleos; b) 2.106 ncleos; c) 4.106 ncleos; d) 4.1012 ncleos.

20) A bomba atmica, produzida a partir de reaes nucleares, j foi responsvel por

uma das maiores violncias registradas contra a humanidade. Em 1945, cerca de 70.000 pessoas perderam a vida em Hiroshima e outras tantas sofreram srios danos fsicos, como pode ser observado nos relatos sobre queimaduras graves e sobre o nascimento de crianas com alteraes genticas. Com relao s reaes nucleares e sua implicaes, pode-se afirmar que: I A bomba atmica difere da bomba de hidrognio, pois a primeira a fuso nuclear e a segunda, a fisso nuclear. II A fisso nuclear uma reao que pode ser controlada, permitindo sua utilizao com fonte alternativa de energia. III A fuso nuclear necessita de altas temperaturas para ocorrer. IV O urnio-235 um dos elementos radioativos usados na bomba atmica. Est(o) correta(s) a) I apenas b) II apenas c) I e II apenas d) I, II e IV apenas e) II, III e IV apenas


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