Fisica Moderna Exercicios Gabarito Resolucoes (1)

7/28/2019 Fisica Moderna Exercicios Gabarito Resolucoes (1)

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Exerccios sobre Fsica Moderna com

Gabarito

1) (IBMEC-2006) Isaac Asimov, conhecido escritor de

Fico Cientfica, criou em seus contos as trs leis darobtica, s quais todos os robs produzidos so

programados para obedecer.1- Lei: Um rob no pode ferir um ser humano e nem, poromisso, permitir que um ser humano sofra algum mal.2- Lei: Um rob deve obedecer s ordens que lhe sejamdadas por seres humanos, exceto nos casos em que taisordens contrariem a Primeira Lei.3- Lei: Um rob deve proteger sua prpria existncia,desde que tal proteo no entre em conflito com a Primeirae a Segunda Leis.a) Como um rob deve reagir ordem Destrua-se!, dada

por um ser humano? Justifique sua resposta.b) Um ser humano informa a seu rob: Se meu irmo

tentar me matar, ento a nica maneira de imped-lo matando-o.Diante dessa situao, possvel que o rob no violenenhuma das trs leis? Justifique sua resposta.

2) (UFRS-1998) Supondo que a meia-vida de um istoporadiativo seja um dia, aps 48 horas a quantidade restantedeste istopo ser:a) 1/2 da quantidade inicial.

b) 1/4 da quantidade inicialc) 1/24 da quantidade inicial.d) 1/48 da quantidade inicial.e) zero.

3) (ENEM-2007) Exploses solares emitem radiaeseletromagnticas muito intensas e ejetam, para o espao,

partculas carregadas de alta energia, o que provoca efeitosdanosos na Terra. O grfico abaixo mostra o tempotranscorrido desde a primeira deteco de uma explososolar at a chegada dos diferentes tipos de perturbao eseus respectivos efeitos na Terra.

Considerando-se o grfico, correto afirmar que aperturbao por ondas de rdio geradas em uma explososolara) dura mais que uma tempestade magntica.b) chega Terra dez dias antes do plasma solar.c) chega Terra depois da perturbao por raios X.

d) tem durao maior que a da perturbao por raios X.e) tem durao semelhante da chegada Terra de

partculas de alta energia.

4) (Unicamp-2001) OProjeto Auger(pronuncia-se og) uma iniciativa cientfica internacional, com importante

participao de pesquisadores brasileiros, que tem comoobjetivo aumentar nosso conhecimento sobre os raioscsmicos. Raios csmicos so partculas subatmicas que,vindas de todas as direes e provavelmente at dos confinsdo universo, bombardeiam constantemente a Terra. Ogrfico abaixo mostra o fluxo (nmero de partculas por m2

por segundo) que atinge a superfcie terrestre em funo daenergia da partcula, expressa em eV (1 eV = 1,6 x 10 -19 J).Considere a rea da superfcie terrestre 5,0 x 1014 m2.

a) Quantas partculas com energia de 1016 eV atingem aTerra ao longo de um dia?

b) O raio csmico mais energtico j detectado atingiu aTerra em 1991. Sua energia era 3,0 x 1020 eV. Compare

essa energia com a energia cintica de uma bola de tnis demassa 0,060 kg num saque a 144 km/h .

5) (UFC-2002) Uma fbrica de produtos metalrgicos doDistrito Industrial de Fortaleza consome, por ms, cerca de2,0 x 106 kWh de energia eltrica (1 kWh = 3,6 x 106 J).Suponha que essa fbrica possui uma usina capaz deconverter diretamente massa em energia eltrica, de acordocom a relao de Einstein, E = moc

2. Nesse caso, a massanecessria para suprir a energia requerida pela fbrica,durante um ms, , em gramas:a) 0,08

b) 0,8

c) 8d) 80e) 800

1014

1015

1016

1017

1018

1019

1020

10-15

10-13

10-11

10-9

10-7

10-5

Fluxo(partculasm

-2s

-1)

Energia (eV)


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6) (Fuvest-2005) Um aparelho de Raios X industrial produzum feixe paralelo, com intensidade I0. O operador dispe dediversas placas de Pb, cada uma com 2 cm de espessura,

para serem utilizadas como blindagem, quando colocadasperpendicularmente ao feixe.

Em certa situao, os ndices de segurana determinam quea intensidade mxima I dos raios que atravessam a

blindagem seja inferior a 0,15 I0. Nesse caso, o operadordever utilizar um nmero mnimo de placas igual a:a) 2

b) 3c) 4d) 5e) 6

7) (Fuvest-2005) O ano de 2005 foi declarado o AnoInternacional da Fsica, em comemorao aos 100 anos daTeoria da Relatividade, cujos resultados incluem a famosarelao E = m.c2. Num reator nuclear, a energia provmda fisso do Urnio. Cada ncleo de Urnio, ao sofrerfisso, divide-se em ncleos mais leves, e uma pequena

parte, m, de sua massa inicial transforma-se em energia. A

Usina de Angra II tem uma potncia eltrica de cerca 1350MW, que obtida a partir da fisso de Urnio-235. Para

produzir tal potncia, devem ser gerados 4000 MW naforma de calorQ. Em relao Usina de Angra II, estime aa) quantidade de calorQ, em joules, produzida em um dia.

b) quantidade de massa m que se transforma em energia naforma de calor, a cada dia.c) massa MUde Urnio-235, em kg, que sofre fisso em umdia, supondo que a massa m, que se transforma em energia,seja aproximadamente 0,0008 (8 x 10 -4) da massa MU.

8) (UFMG-2006) A luz emitida por uma lmpadafluorescente produzida por tomos de mercrio excitados,que, ao perderem energia, emitem luz. Alguns doscomprimentos de onda de luz visvel emitida pelo mercrio,nesse processo, esto mostrados nesta tabela:cor comprimento de onda

(x 10- m)amarela 579,2verde 546,2azul 491,7violeta 436,0Considere que, nesse caso, a luz emitida se propaga no ar.

Considerando-se essas informaes, CORRETO afirmarque, em comparao com os de luz violeta, os ftons de luzamarela tm

a) menor energia e menor velocidade.b) maior energia e maior velocidade.c) menor energia e mesma velocidade.d) maior energia e mesma velocidade.

9) (Fuvest-2006)Na poca da formao da Terra, estimadacomo tendo ocorrido h cerca de 4,2 bilhes de anos, osistopos de Urnio radioativo 235U e 238U existiam emmaior quantidade, pois, ao longo do tempo, parte delesdesintegrou- se, deixando de existir como elemento Urnio.Alm disso, eram encontrados em propores diferentes dasde hoje, j que possuem meias-vidas diferentes.Atualmente, em uma amostra de 1,000kg de Urnio, h0,993kg de 238U e 0,007kg de 235U, de modo que o 235Ucorresponde a 0,7% da massa total e tem importnciaestratgica muito grande, pela sua utilizao em reatoresnucleares.a) Estime a massa M238, em kg, de uma amostra de 238U,na poca da formao da Terra, a partir da qual restaramhoje 0,993kg de 238U.

b) Estime, levando em conta o nmero de meias-vidas do235U, a massa M235, em kg, de uma amostra de 235U, napoca da formao da Terra, a partir da qual restaram hoje0,007kg de 235U.c) Estime a porcentagem P em massa de 235U em relao massa total de Urnio em uma amostra na poca daformao da Terra.

NOTE E ADOTEA meia-vida de um elemento radioativo o intervalo detempo necessrio para que a metade da massa de umaamostra se desintegre; o restante de sua massa continua a sedesintegrar.Meia-vida do 238 4,2 bilhes de anos (4,2 109anos)Meia-vida do 235U 700 milhes de anos (0,7 109anos)(Os valores acima foram aproximados, para facilitar osclculos).

10) (VUNESP-2006) Sabe-se que a energia de um fton proporcional sua freqncia. Tambm conhecidoexperimentalmente que o comprimento de onda da luzvermelha maior que o comprimento de onda da luz violeta

que, por sua vez, maior que o comprimento de onda dosraios X. Adotando a constncia da velocidade da luz, pode-se afirmar quea) a energia do fton de luz vermelha maior que a energiado fton de luz violeta.

b) a energia do fton de raio X menor que a energia dofton de luz violeta.c) as energias so iguais, uma vez que as velocidades soiguais.d) as energias dos ftons de luz vermelha e violeta soiguais, pois so parte do espectro visvel, e so menores quea energia do fton de raio X.e) a energia do fton de raio X maior que a do fton de

luz violeta, que maior que a energia do fton de luzvermelha.


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11) (FUVEST-2007) Um centro de pesquisa nuclear possuium cclotron que produz radioistopos para exames detomografia. Um deles, o Flor-18 (18F), com meia-vida deaproximadamente 1h30min, separado em doses, de acordo

com o intervalo de tempo entre sua preparao e o incioprevisto para o exame. Se o frasco com a dose adequadapara o exame de um paciente A, a ser realizado 2 horasdepois da preparao, contm NA tomos de 18F, o frascodestinado ao exame de um paciente B, a ser realizado 5horas depois da preparao, deve conter NB tomos de 18F,com

A meia vida de um elemento radioativo o intervalo detempo aps o qual metade dos tomosinicialmente presentes sofreram desintegrao.

a) NB = 2NAb) NB = 3NAc) NB = 4NAd) NB = 6NAe) NB = 8NA

12) (UEL-2006) Em 2005 comemoramos o centenrio dapublicao, por Albert Einstein, de trs trabalhos quemudaram a viso do homem sobre o mundo. Um dessestrabalhos discute os fundamentos do eletromagnetismo eintroduz o que hoje conhecido como Teoria daRelatividade. Noutro, a interao de um eltron com aradiao eletromagntica (Efeito Fotoeltrico) discutida,fornecendo nova base experimental Mecnica Quntica.

Num terceiro, as conseqncias observveis das basesmicroscpicas da Termodinmica e Mecnica Estatsticaso previstas, fundamentando o que at ento era conhecidocomo efeito Browniano.

Um dos resultados notveis da Teoria da Relatividade foi aunio dos conceitos de massa (m) e energia (E).E = mc2A famosa equao onde c a velocidade da luz no vcuo, c= 3 x 108m/s, fornece uma relao entre os contedos demassa e energia de um corpo, e prediz, por exemplo, que,ao aquecermos uma panela com gua, estamos, tambm,

aumentando sua massa. Assim, se uma caloria, 4,18 Joules, a quantidade de energia necessria para elevar atemperatura de 1g de gua de 14,5 oC para 15,5oC, assinale,dentre as alternativas a seguir, aquela que melhor expressao correspondente incremento de massa.a) 5 x 10-3 kg

b) 5 x 10-9 kgc) 5 x 10-17 kgd) 5 x 10-25 kge) 5 x 10-34 kg

13) (FUVEST-2007) Uma substncia radioativa, cuja meia-

vida de aproximadamente 20 minutos, pode ser utilizadapara medir o volume do sangue de um paciente. Para isso,so preparadas duas amostras, A e B, iguais, dessa

substncia, diludas em soro, com volume de 10cm3cada.Uma dessas amostras, A, injetada na circulao sanguneado paciente e a outra, B, mantida como controle.Imediatamente antes da injeo, as amostras somonitoradas, indicando NA1= NB1 = 160000 contagens porminuto. Aps uma hora, extrada uma amostra C de

sangue do paciente, com igual volume de 10cm3, e seumonitoramento indica NC = 40 contagens por minuto.

a) Estime o nmero NB2, em contagens por minuto, medidona amostra de controle B, uma hora aps a primeiramonitorao.

b) A partir da comparao entre as contagens NB2 e NC ,estime o volume V, em litros, do sangue no sistemacirculatrio desse paciente.

NOTE E ADOTEA meia vida o intervalo de tempo aps o qual o nmerode tomos radioativos presentes em uma amostra reduzido metade.

Na monitorao de uma amostra, o nmero de contagenspor intervalo de tempo proporcional ao nmero de tomosradioativos presentes.

14) (UFSC-2007) A Fsica moderna o estudo da Fsicadesenvolvido no final do sculo XIX e incio do s-culo XX. Em particular, o estudo da Mecnica Quntica eda Teoria da Relatividade Restrita.

Assinale a(s) proposio(es) CORRETA(S) em relao scontribuies da Fsica moderna.

01. Demonstra limitaes da Fsica Newtoniana naescala microscpica.02. Nega totalmente as aplicaes das leis de Newton.04. Explica o efeito fotoeltrico e o laser.08. Afirma que as leis da Fsica so as mesmas emtodos os referenciais inerciais.16. Comprova que a velocidade da luz diferente

para quaisquer observadores em referenciais inerciais.32. Demonstra que a massa de um corpo independe desua velocidade.

15) (Fuvest-2002) Em 1987, devido a falhas nosprocedimentos de segurana, ocorreu um grave acidente emGoinia. Uma cpsula de Csio-137, que radioativo e tem


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Entre eles cabedestacar Max Planck, o qual, em 1900,props a teoriada quantizao da energia.Segundo estateoria, um corpo negro irradia energiade forma _________,em pores que so chamadasde _________, cuja energia

proporcional _________ da radiao eletromagnticaenvolvidanessa troca de energia.

A seqncia de termos que preenche corretamente aslacunas do texto a) descontnua - prtons - freqncia

b) contnua - prtons - amplitudec) descontnua - ftons - freqnciad) contnua - ftons - amplitudee) descontnua - eltrons - freqncia

20) (UFC-2006) Se a luz incide sobre hidrognio gasoso, possvel que o tomo, no seu estado fundamentalE = - 13,6eV ,absorva certa quantidade de energia, passandoao estado seguinte permitido (estadoexcitado). A energia necessria para esta transio de:

a) 9,97 eV.b) 10,06eV.c) 10,20eV.d) 10,59eV.e) 10,75eV

21) (UEPB-2006) Quanta do latimPlural de quantumQuando quase no h

Quantidade que se medirQualidade que se expressarFragmento infinitsimoQuase que apenas mental...(Gilberto Gil)O trecho acima da msica Quanta, que faz referncia aoquanta, denominao atribuda aos pequenos pacotes deenergia emitidos pela radiao eletromagntica, segundo omodelo desenvolvido por Max Plank, em 1900.Mais tardeEinstein admite que a luz e as demais radiaeseletromagnticas deveriam ser consideradas como um feixedesses pacotes de energia, aos quais chamou de ftons, quesignifica partculas de luz, cada um transportando uma

quantidade de energia. Adote, h = 6,63 . 10-34J.s e 1ev = 1,6.10-19J. Com base nas informaes do texto acima, pode-seafirmar que:a) quando a freqncia da luz incidente numa superfciemetlica excede um certo valor mnimo de freqncia, quedepende do metal de que foi feita a superfcie, esta liberaeltrons;

b) as quantidades de energia emitidas por partculasoscilantes, independem da freqncia da radiao emitida;c) saltando de um nvel de energia para outro, as partculasno emitem nem absorvem energia, uma vez que mudaramde estado quntico;d) a energia de um fton de freqncia 100MHz de

663.10-28ev;

e) o efeito fotoeltrico consiste na emisso de ftons poruma superfciemetlica, quando atingida por umfeixe deeltrons.

22) (UEL-2006) Em 2005 comemoramos o centenrio da

publicao, por Albert Einstein, de trs trabalhos quemudaram a viso do homem sobre o mundo. Um dessestrabalhos discute os fundamentos do eletromagnetismo eintroduz o que hoje conhecido como Teoria daRelatividade. Noutro, a interao de um eltron com aradiao eletromagntica (Efeito Fotoeltrico) discutida,fornecendo nova base experimental Mecnica Quntica.


E = h ,

O efeito fotoeltrico forneceu evidncias experimentaispara algumas das hipteses que fundamentam a MecnicaQuntica: as energias dos estados fsicos de um sistemafechado no assumem qualquer valor, mas valoresdiscretos; alm disso, a radiao eletromagntica, que

possui um comportamento dual, ora comportando-se comoonda ora como partcula (ftons), tem energia (E)

proporcional freqncia (), onde h = 1.054589x10-34

Jaulesegundo, conhecida como constante de Plank.Suponha que, na mdia, cada fton liberado pela chama de

um fogo tenha uma freqncia = 6.9 1014Hz (azul). Apartir dos dados fornecidos na questo anterior, assinale aalternativa que melhor expressa o nmero de ftons

absorvidos por um litro de gua, quando passa de 14,5o

Cpara 15,5 oC.a) 6.0 x 102 ftons.

b) 6.0 x 105ftons.c) 6.0 x 1012ftons.d) 6.0 x 1016ftons.e) 6.0 x 1022ftons.

23) (UEL-2006) Em 2005 comemoramos o centenrio dapublicao, por Albert Einstein, de trs trabalhos quemudaram a viso do homem sobre o mundo. Um dessestrabalhos discute os fundamentos do eletromagnetismo e

introduz o que hoje conhecido como Teoria daRelatividade. Noutro, a interao de um eltron com aradiao eletromagntica (Efeito Fotoeltrico) discutida,fornecendo nova base experimental Mecnica Quntica.


Um dos resultados notveis da Teoria da Relatividade foi aunio dos conceitos de massa (m) e energia (E).E = mc2A famosa equao onde c a velocidade da luz no vcuo, c

= 3 x 108m/s, fornece uma relao entre os contedos demassa e energia de um corpo, e prediz, por exemplo, que,


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ao aquecermos uma panela com gua, estamos, tambm,aumentando sua massa. Assim, se uma caloria, 4,18 Joules, a quantidade de energia necessria para elevar atemperatura de 1g de gua de 14,5 oC para 15,5oC, assinale,dentre as alternativas a seguir, aquela que melhor expressao correspondente incremento de massa.

a) 5 x 10-3 kgb) 5 x 10-9 kgc) 5 x 10-17 kgd) 5 x 10-25 kge) 5 x 10-34 kg

24) (UFG-2007) O efeito fotoeltrico, explorado emsensores, clulas fotoeltricas e outros detectoreseletrnicos de luz, refere-se capacidade da luz de retirareltrons da superfcie de um metal. Quanto a este efeito,

pode-se afirmar quea) a energia dos eltrons ejetados depende da intensidade daluz incidente.

b) a energia dos eltrons ejetados discreta,correspondendo aos quanta de energia.c) a funo trabalho depende do nmero de eltronsejetados.d) a velocidade dos eltrons ejetados depende da cor da luzincidente.e) o nmero de eltrons ejetados depende da cor da luzincidente.

25) (UFMG-2007)Nos diodos emissores de luz, conhecidoscomo LEDs, a emisso de luz ocorre quando eltrons

passam de um nvel de maior energia para um outro demenor energia.Dois tipos comuns de LEDs so o que emite luz vermelha eo que emite luz verde.Sabe-se que a freqncia da luz vermelha menor que a daluz verde.Sejam verde o comprimento de onda da luz emitida peloLED verde eEverde a diferena de energia entre os nveisdesse mesmo LED.Para o LED vermelho, essas grandezas so,respectivamente, vermelho eEvermelho .Considerando-se essas informaes, CORRETO afirmar

quea)Everde >Evermelho e verde > vermelho .b)Everde >Evermelho e verde < vermelho .c)Everde vermelho .d)Everde


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E2 = p2c2 + mo2c4, onde p a quantidade de movimento

linear da partcula, mo sua massa de repouso e c avelocidade da luz no vcuo. Ainda de acordo com Einstein,uma luz de freqncia pode ser tratada como sendoconstituda de ftons, partculas com massa de repouso nulae com energia E = h, onde h a constante de Planck. Com

base nessas informaes, voc pode concluir que aquantidade de movimento linear p de um fton :a) p = hc

b) p = hc/c) p = 1/hcd) p = h/ce) p = c/h

30) (UFC-2003) A energia cintica de um eltronrelativstico N vezes a sua energia de repouso. A energia

cintica relativstica K =Mc2

1

cv11

2

2

(c avelocidade da luz no vcuo, M, a massa de repouso doeltron no referencial em que sua velocidade v). Se a

razo 16

15

c

v

, o valor de N :a) 1.

b) 2.c) 3.d) 4.e) 5.

31) (UFC-2003)Na figura ao lado, as flechas numeradas de1 at 9 representam transies possveis de ocorrer entrealguns nveis de energia do tomo de hidrognio, de acordocom o modelo de Bohr. Para ocorrer uma transio, o

tomo emite (ou absorve) um fton cuja energia

hc

iguala |E| (h a constante de Planck, c a velocidade da luz novcuo, o comprimento de onda do fton e E adiferena de energia entre os dois nveis envolvidos natransio). Suponha que o tomo emite os ftons X e Y,

cujos comprimentos de onda so, respectivamente, X =1,03 x 10-7 m e Y = 4,85 x 10-7 m. As transies

corretamente associadas s emisses desses dois ftons so(use h = 4,13 x 10-15 eVs e c = 3,0 x 108 m/s):

a) 4 e 8b) 2 e 6c) 3 e 9d) 5 e 7e) 1 e 7

32) (ITA-2003) Experimentos de absoro de radiaomostram que a relao entre a energia E e a quantidade demovimento p de um fton E = pc. Considere um sistemaisolado formado por dois blocos de massas m1 e m2,

respectivamente, colocados no vcuo, e separados entre side uma distncia L. No instante t = 0, o bloco de massa m1emite um fton que posteriormente absorvidointeiramente por m2, no havendo qualquer outro tipo deinterao entre os blocos. (Ver figura).

Suponha que m1 se torne m1 em razo da emisso do ftone, analogamente, m2 se torne m2 devido absoro dessefton. Lembrando que esta questo tambm pode serresolvida com recursos da Mecnica Clssica, assinale aopo que apresenta a relao correta entre a energia dofton e as massas dos blocos.a) E = (m2 - m1)c

2.b) E = (m1 - m2)c

2c) E = (m2 - m2)c

2/2.d) E = (m2 - m2)c

2.e) E = (m1 + m1)c

2.

-13,6

-3,40

-1,51

-0,85

-0,54

0,00

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

...

1 2 3 4

5 6 7

8 9

E(eV)


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33) (UEL-2003) A Usina Nuclear de Angra dos Reis - AngraII - est projetada para uma potncia de 1309 MW. Apesarde sua complexidade tecnolgica, relativamente simplescompreender o princpio de funcionamento de uma usinanuclear, pois ele similar ao de uma usina trmicaconvencional. Sobre o assunto, considere as afirmativas

apresentadas abaixo.I. Na usina trmica, o calor gerado pela combustodo carvo, do leo ou do gs vaporiza a gua em umacaldeira. Esse vapor aciona uma turbina acoplada a umgerador e este produz eletricidade.II. O processo de fuso nuclear utilizado em algumasusinas nucleares semelhante ao processo da fissonuclear. A diferena entre os dois est na elevadatemperatura para fundir o tomo de Urnio-235.III. Na usina nuclear, o calor produzido pela fissodo tomo do Urnio-235 por um nutron no ncleo doreator.IV. Na usina nuclear, o calor produzido pela reao

em cadeia da fuso do tomo do Urnio-235 com umnutron.So corretas apenas as afirmativas:a) I e III.

b) II, III e IV.c) I, II e IV.d) II e III.e) III e IV.

34) (Uniube-2003) Considere dois nveis de energia de

um tomo de sdio, representados no diagramaabaixo.

A diferena de energia entre os nveis (inicial e final) igual a 3,410

-19J e a energia do fton igual a h.f,

em que h a constante de Planck (6,6 x 10-34 J.s) e f a freqncia do fton emitido. Considerando osdados apresentados e utilizando a tabela abaixocomo referncia marque a alternativa, que representaa cor da luz emitida nessa transio eletrnica.

Cor Freqncia (Hz)

Violeta 4000 - 4400

Anil 4400 - 4600

Azul 4600 - 5000

Verde 5000 - 5700

Amarela 5700 - 5900

Laranja 5900 - 6200Vermelha 6200 - 7000

A) vermelha.B) amarela.C) violeta.D) azul.

35) (PUC-RS-2003) A energia de um fton diretamenteproporcional a sua freqncia, com a constante de Planck,h, sendo o fator de proporcionalidade. Por outro lado, pode-se associar massa a um fton, uma vez que ele apresentaenergia (E = mc2) e quantidade de movimento. Assim, aquantidade de movimento de um fton de freqncia f

propagando-se com velocidade c se expressa como:a) c2 / hf

b) hf / c2c) hf / cd) c / hfe) cf / h

36) (UFMS-2003) Ondas de rdio e raios-X esto sepropagando no vcuo. As ondas de rdio possuem

comprimento de onda r= 3,0 m e os raios-X, x = 7,0 x 10

-

11 m. Sejam: Era energia dos ftons de ondas de rdio e Exa energia dos ftons de raios-X e Vre Vx, respectivamente,as suas velocidades de propagao. Com base nessasinformaes, correto afirmar que:

a) Ex = Ere Vx = Vr.b) Ex > Ere Vx < Vr.c) Ex > Ere Vx = Vr.d) Ex < Ere Vx = Vr.e) Ex < Ere Vx < Vr.

37) (Fuvest-2004) Uma unidade industrial de raios-Xconsiste em uma fonte X e um detector R, posicionados deforma a examinar cilindros com regies cilndricas ocas(representadas pelos crculos brancos), dispostos em umaesteira, como vistos de cima na figura. A informao obtida pela intensidade I da radiao X que atinge odetector, medida que a esteira se move com velocidadeconstante.


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O Grfico 1 representa a intensidade detectada em R paraum cilindro teste homogneo. Quando no detector R forobtido o Grfico 2, possvel concluir que o objeto emexame tem uma forma semelhante a:

a) Ab) Bc) Cd) De) E

38) (UFMG-1994) Observe o diagrama.

Esse diagrama ilustra uma seqncia de decaimentosradioativos do ncleo atmico de um certo elemento. O

ncleo M decai para um ncleo N e, em estgiossucessivos, at o ncleo R, cujo nmero de prtons igual a90, e o nmero de massa igual a 230.a) DETERMINE o nmero de nutrons contidos no ncleoM.

b) CITE o nome da radiao emitida pelo ncleo nodecaimento de N para P e de Q para R.c) INDIQUE os ncleos do diagrama cujos tomos soistopos.

39) (Unicamp-2005) O efeito fotoeltrico, cuja descriopor Albert Einstein est completando 100 anos em 2005

(ano internacional da Fsica), consiste na emisso deeltrons por um metal no qual incide um feixe de luz. No

processo, pacotes bem definidos de energia luminosa,

chamados ftons, so absorvidos um a um pelos eltrons dometal. O valor da energia de cada fton dado por E fton =hf, onde h = 4 10 -15eV.s a chamada constante de Plancke f a freqncia da luz incidente. Um eltron s emitidodo interior do metal se a energia do fton absorvido for

maior que uma energia mnima. Para os eltrons maisfracamente ligados ao metal, essa energia mnima chamada funo trabalho W e varia de metal para metal(ver a tabela a seguir).

metal W(eV)csio 2,1Potssio 2,3sdio 2,8

Considere c = 300.000km/s.a) Calcule a energia do fton (em eV), quando ocomprimento de onda da luz incidente for 510-7m.

b) A luz de 5 10-7m capaz de arrancar eltrons de quaisdos metais apresentados na tabela?c) Qual ser a energia cintica de eltrons emitidos pelo

potssio, se o comprimento de onda da luz incidente for 3 10-7m? Considere os eltrons mais fracamente ligados do

potssio e que a diferena entre a energia do ftonabsorvido e a funo trabalho W inteiramente convertidaem energia cintica.

40) (UFSC-2005) O ano de 2005 ser o ANOINTERNACIONAL DA FSICA, pois estaremos

completando 100 anos de importantes publicaesrealizadas por Albert Einstein. O texto abaixo representaum possvel dilogo entre dois cientistas, em algummomento, nas primeiras dcadas do sculo 20:

Z- No posso concordar que a velocidade da luz seja amesma para qualquer referencial. Se estivermoscaminhando a 5 km/h em um trem que se desloca comvelocidade de 100 km/h em relao ao solo, nossavelocidade em relao ao solo ser de 105 km/h. Seacendermos uma lanterna no trem, a velocidade da luzdesta lanterna em relao ao solo ser de c + 100km/h.

B - O nobre colega est supondo que a equao paracomparar velocidades em referenciais diferentes seja v =v0 + v. Eu defendo que a velocidade da luz no vcuo amesma em qualquer referencial com velocidade constante eque a forma para comparar velocidades que deve sermodificada.

Z- No diga tambm que as medidas de intervalos detempo sero diferentes em cada sistema. Isto um absurdo!

B - Mas claro que as medidas de intervalos de tempopodem ser diferentes em diferentes sistemas de referncia.Z- Com isto voc est querendo dizer que tudo relativo!B - No! No estou afirmando que tudo relativo! Avelocidade da luz no vcuo ser a mesma para qualquer

observador inercial. As grandezas observadas podero serdiferentes, mas as leis da Fsica devero ser as mesmas paraqualquer observador inercial.


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Com o que voc sabe sobre teoria da relatividade econsiderando o dilogo acima apresentado, assinale a(s)

proposio(es) CORRETA(S).

01. O cientistaB defende idias teoricamente corretas

sobre a teoria da relatividade restrita, mas que no tmnenhuma comprovao experimental.02. O cientistaZaceita que objetos podem se movercom velocidades acima da velocidade da luz no vcuo, poisa mecnica newtoniana no coloca um limite superior paraa velocidade de qualquer objeto.04. O cientistaZest defendendo as idias damecnica newtoniana, que no podem ser aplicadas aobjetos que se movem com velocidades prximas velocidade da luz08. De acordo com a teoria da relatividade, o cientista

B est correto ao dizer que as medidas de intervalos detempo dependem do referencial.

16. De acordo com a teoria da relatividade, o cientistaB est correto ao afirmar que as leis da Fsica so asmesmas para cada observador.

41) (UFC-2005) Quando um fton ( ) incide sobreum tomo ou molcula no estado fundamental ou emestados prximos ao estado fundamental modestamenteexcitados, vrios fenmenos fsicos de emissoocorrem. As alternativas abaixo apresentam figuras denveis qunticos de energia de alguns destes fenmenos.

Assinale a alternativa que representa, corretamente, aemisso estimulada.a)

b)

c)

d)

e)

42) (ITA-2006)No modelo proposto por Einstein, a luz secomporta como se sua energia estivesse concentrada em

pacotes discretos, chamados de quanta de luz, e

atualmente conhecidos por ftons. Estes possuem momentop e energia E relacionados pela equao E = pc, em que c a velocidade da luz no vcuo. Cada fton carrega uma

energia E = hf, em que h a constante de Planck e f afreqncia da luz. Um evento raro, porm possvel, afuso de dois ftons, produzindo um par eltron-psitron,sendo a massa do psitron igual massa do eltron. Arelao de Einstein associa a energia da partcula massado eltron ou psitron, isto , E = mec

2. Assinale afreqncia mnima de cada fton, para que dois ftons, commomentos opostos e de mdulo iguais, produzam um pareltron-psitron aps a coliso.a) f = (4mec

2)/hb) f = (mec

2)/hc) f = (2mec

2)/hd) f = (mec

2)/2h

e) f = (mec2)/4h

43) (UEL-2006) Um modelo clssico para o eltronconsidera que ele seja uma esfera de raiore, cuja carga estdistribuda uniformemente na superfcie. A partir de umclculo simples, pode-se mostrar que a energia eletrostticaarmazenada no campo eltrico assim produzido dada por

er

e

2

2

, onde e a carga do eltron. Ainda que no estejacorreto, esse modelo fornece uma estimativa para reda

ordem de 1013

cm. Esse valor prximo ao valor obtidoexperimentalmente para o raio do ncleo. correto afirmarque a estimativa do valor para o raio clssico do eltron

pode ser inferida com a ajuda:a) Da expresso para a fora de Coulomb entre partculascarregadas.

b) Do momento angular do eltron que depende de e r.c) Da expresso relativstica para a energia de repousoE=mc

2, que fornecer a expresso

re =2

2

2mc

e

para oraio clssico do eltron.d) Da correnteIassociada ao movimento do eltron.

e) Da invarincia da carga eltrica que conduzir a umvalor absoluto para o raio clssico redo eltron.

44) (UEL-2006) A existncia de sistemas fsicos quefuncionam durante muito tempo s foi conseguida com odomnio da tecnologia de produo de baixas temperaturas,

prximas do zero absoluto. Por exemplo, qualquer anelmetlico torna-se supercondutor se for levado a umatemperatura prxima do zero absoluto. Nessas condies, aresistncia eltrica reduzida ao valor zero e uma corrente

pode permanecer fluindo constantemente no anel. Sobre otema, considere as afirmativas a seguir.

I. Como o sistema um exemplo de um motoperptuo, no qual no haver dissipao de energia,


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poderemos extrair indefinidamente trabalho do mesmo, jque a energia do sistema infinita.II. A existncia deste sistema demonstra que a idiaclssica de irradiao de cargas aceleradas tem que serrepensada com a descoberta dos fenmenos qunticos.III. O sistema pode ser encarado como um exemplo de

um moto perptuo, no qual no haver dissipao deenergia nem por atrito, nem por radiao. No entanto, no

poderemos extrair indefinidamente trabalho do mesmo, jque a energia do sistema finita.IV. A existncia desse sistema demonstra que as leisda conservao da energia e do crescimento da entropiaencontram seus limites nos fenmenos da MecnicaQuntica.Esto corretas apenas as afirmativas:a) I e III.

b) II e III.c) II e IV.d) I, II e IV.

e) I, III e IV.

45) (UEMG-2006) Uma pequena massa atinge umavelocidade de 50% do valor da velocidade da luz no vcuo.Em relao a essa situao, assinale a alternativa quecontm uma afirmao CORRETA:a) Sua massa a essa velocidade igual sua massa derepouso.

b) Sua massa a essa velocidade maior que a sua massa derepouso.c) Sua massa diminui em relao sua massa de repouso.d) Pela teoria da relatividade, impossvel uma massaatingir 50% da velocidade da luz.

46) (UEL-2007) Os tubos catdicos de televisores em coresoperam com diferena de potencial em torno de22.000 V, produzindo raios X. Assinale a alternativa quefornece a energia mxima de um fton produzido nessascondies e o comprimento de onda do feixe de raios Xcorrespondente:a) Energia mxima de 35,20 KeV e comprimento de ondade 0,35 .

b) Energia mxima de 22,00 KeV e comprimento de onda

de 0,35 .c) Energia mxima de 22,00 KeV e comprimento de ondade 0,56 .d) Energia mxima de 13,75 KeV e comprimento de ondade 0,83 .e) Energia mxima de 13,75 KeV e comprimento de ondade 0,48 .Dados: 1e = 1,60 x 10 -19C.

h = 6,63 x 10-34 J.sc = 3,00 x 108 m/s

47) (ITA-2008) Um eltron e um psitron, de massa m =9,11 x 10-31 kg, cada qual com energia cintica de 1,20MeV e mesma quantidade de movimento, colidem entre si

em sentidos opostos. Neste processo colisional as partculas

aniquilam-se, produzindo dois ftons 1 e 2 . Sendo

dados: constante de Planck h = 6,63 x 10-34J.s; velocidadeda luz c = 3,00 x 108 m/s; 1 eV = 1,6 x 10-19 J; 1femtometro = 1 fm = 1 x 10 -15 m, indique os respectivos

valores de energia E e do comprimento de onda dos ftons.

a) E = 1,20 MeV ; = 2435 fm

b) E = 1,20 MeV; = 1035 fmc) E = 1,71 MeV; = 726 fm

d) E = 1,46 MeV; = 0,28 x 10-2 fm

e) E = 1,71 MeV; = 559 fm

48) (UNICAMP-2009) A Fsica de Partculas nasceu com adescoberta do eltron, em 1897. Em seguida foramdescobertos 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 donutron, em 1932, um nutron de massa m desconhecida e

velocidade = 4 107m/s colide frontalmente com umtomo de nitrognio de massa M = 14u (unidade de massaatmica) que se encontra em repouso. Aps a coliso, onutron retorna com velocidade v e o tomo de nitrognio

adquire uma velocidade V = 5 106m/s. Em conseqnciada conservao da energia cintica, a velocidade deafastamento das partculas igual velocidade deaproximao. Qual a massa m, em unidades de massaatmica, 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, umprton com energia de E = 7 1012eV colide frontalmentecom outro prton de mesma energia produzindo muitas

partculas. O comprimento de onda () de uma partcula

fornece o tamanho tpico que pode ser observado quando apartcula interage com outra. No caso dos prtons do LHC,E = hc /, onde h = 4 10

15 eV . s, e c = 3 108m/s. Qual o comprimento de onda dos prtons do LHC?

49) (UFOP-2001) Uma lmpada de vapor de sdio, compotncia P = 1,0 x 103 W, emite luz amarela de freqncian = 5,3 x 1014 s-1.a) Calcule o comprimento de onda dessa onda de luz.

b) Calcule a energia e a quantidade de movimento dosftons dessa luz.


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c) Calcule a intensidade dessa luz a 25 m da lmpada.Dado: Constante de Planck h = 6,63 x 10-34 J s

Velocidade da luz no vcuo c = 3,0 x 108 m s-1

50) (UFSC-2002) Em um laboratrio, so fornecidas a um

estudante duas lmpadas de luz monocromtica. Uma emiteluz com comprimento de onda correspondente ao vermelho( 6,2 x 10-7 m) e com potncia de 150 Watts. A outralmpada emite luz com comprimento de ondacorrespondente ao violeta ( 3,9 x 10-7 m) e cuja potncia de 15 Watts. O estudante deve realizar uma experinciasobre o efeito fotoeltrico. Inicialmente, ele ilumina uma

placa de ltio metlico com a lmpada de 150 W e, emseguida, ilumina a mesma placa com a lmpada de 15 W. Afreqncia-limite do ltio metlico aproximadamente 6,0x 1014 Hz.

Em relao descrio apresentada, assinale a(s)proposio(es) CORRETA(S).

01. Como a lmpada de luz vermelha tem maiorpotncia, os eltrons sero ejetados da superfcie metlica,ao iluminarmos a placa de ltio com a lmpada de 150 W.02. Ao iluminar a placa de ltio com a lmpada de15W, eltrons so ejetados da superfcie metlica.04. A energia cintica dos eltrons, ejetados da placade ltio, diretamente proporcional freqncia da luzincidente.08. Quanto maior o comprimento de onda da luzutilizada, maior a energia cintica dos eltrons ejetados dasuperfcie metlica.16. Se o estudante iluminasse a superfcie de ltiometlico com uma lmpada de 5 W de luz monocromtica,com comprimento de onda de 4,6 x 10-7 m (luz azul), oseltrons seriam ejetados da superfcie metlica do ltio.32. Se o estudante utilizasse uma lmpada de luzvioleta de 60 W, a quantidade de eltrons ejetados dasuperfcie do ltio seria quatro vezes maior que a obtidacom a lmpada de 15 W.64. A energia cintica dos eltrons ejetados, obtidacom a lmpada de luz vermelha de 150 W, dez vezesmaior que a obtida com a lmpada de luz violeta de 15 W.

51) (UFMG-2002) Para se produzirem fogos de artifcio dediferentes cores, misturam-se diferentes compostosqumicos plvora. Os compostos base de sdio

produzem luz amarela e os base de brio, luz verde. Sabe-se que a freqncia da luz amarela menor que a da verde.Sejam ENa e EBa as diferenas de energia entre os nveisde energia envolvidos na emisso de luz pelos tomos desdio e de brio, respectivamente, e vNa e vBa asvelocidades dos ftons emitidos, tambm respectivamente.Assim sendo, CORRETO afirmar quea) ENa < EBa e vNa = vBa.

b) ENa < EBa e vNa

c) ENa > EBa e vNa = vBa.d) ENa > EBa e vNa

52) (UFC-2002) O grfico mostrado ao lado resultou de umaexperincia na qual a superfcie metlica de uma clulafotoeltrica foi iluminada, separadamente, por duas fontesde luz monocromtica distintas, de freqncias 1 = 6,0 x1014 Hz e 2 = 7,5 x 10

14 Hz, respectivamente. As energiascinticas mximas, K1 = 2,0 eV e K2 = 3,0 eV, dos eltronsarrancados do metal, pelos dois tipos de luz, esto indicadasno grfico. A reta que passa pelo dois pontos experimentaisdo grfico obedece relao estabelecida por Einstein parao efeito fotoeltrico, ou seja, K = h - , onde h aconstante de Planck e a chamada funo trabalho,caracterstica de cada material. Baseando-se na relao deEinstein, o valor calculado de , em eltron-volts, :

a) 1,3b) 1,6

c) 1,8d) 2,0e) 2,3

53) (UFC-2002) Um eltron acelerado a partir do repousoat atingir uma energia relativstica final igual a 2,5 MeV.A energia de repouso do eltron Eo = 0,5 MeV.Determine:a) a energia cintica do eltron quando ele atinge avelocidade final;

b) a velocidade escalar atingida pelo eltron como umafrao da velocidade da luz no vcuo, c.

54) (UFC-2003) O urnio-238 { U23892 , nmero de massa A =

238 e nmero atmico Z = 92} conhecido, entre outrosaspectos, pela sua radioatividade natural. Ele inicia um

processo de transformaes nucleares, gerando uma sriede elementos intermedirios, todos radioativos, at resultar

no chumbo-206 { Pb20682 } que encerra o processo por ser

estvel. Essas transformaes acontecem pela emisso de

partculas {ncleos de hlio, He42 } e de partculas - (a

carga da partcula - a carga de um eltron). Na emisso

, o nmero de massa A modificado, e na emisso -, onmero atmico Z modificado, enquanto A permanece o

( x 1014Hz)6,0 7,5

K(eV)

2,0

3,0

0,0


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mesmo. Assim, podemos afirmar que em todo o processoforam emitidas:a) 32 partculas e 10 partculas -.

b) 24 partculas e 10 partculas -.c) 16 partculas e 8 partculas -.d) 8 partculas e 6 partculas -.e) 4 partculas e 8 partculas -.

55) (UEL-2003) A tela da televiso recoberta por ummaterial que emite luz quando os eltrons do feixe incidemsobre ela. O feixe de eltrons varre a tela linha por linha, daesquerda para a direita e de cima para baixo, formandoassim a imagem da cena transmitida. Sobre a formao daimagem na tela fotoluminescente, correto afirmar:a) Na televiso em preto-e-branco, h apenas a emisso deduas cores: a branca e a preta; e as diferentes tonalidades decinza so proporcionadas pela variao da intensidade do

feixe eletrnico.b) Na televiso em cores h trs feixes eletrnicos comintensidades diferentes, que ao incidirem na tela

proporcionam a emisso das trs cores primrias de luz:azul, vermelho e verde.c) Cada regio da tela da televiso em cores um emissorde luz, constitudo por trs partes diferentes de materialfotoluminescente, que emitem as cores primrias de luz -azul, vermelho e verde - dependendo da energia doseltrons incidentes.d) Na televiso em preto-e-branco, cada regio da tela composta por dois emissores de luz, que emitem nas cores

preta e branca, conforme a intensidade do feixe eletrnico.

e) A emisso das trs cores primrias da tela de televisoem cores depende da energia cintica com que os eltronsincidem: o vermelho corresponde incidncia de eltronsde baixa energia cintica, e o azul, incidncia de eltronsde alta energia cintica.

56) (PUC-RS-2003) O Grupo de Energia Solar da Faculdadede Fsica da PUCRS realiza pesquisas na rea de conversofotovoltaica de energia. A clula foto-voltaica de maiorrendimento j produzida no Brasil, at hoje, foi projetada econstruda por esse grupo. O efeito fotovoltaico que ocorrenum semicondutor slido, quando sobre este incide energia

eletromagntica, consiste no aparecimento de uma:a) corrente eltrica, quando o semicondutor for do tipo N.b) corrente eltrica, quando o semicondutor for do tipo P.c) diferena de potencial, quando o semicondutor for dotipo N.d) corrente eltrica, quando o semicondutor tiver uma

juno NN.e) diferena de potencial, quando o semicondutor tiver uma

juno PN.

57) (UFBA-2002) Considerando-se o espectroeletromagntico, cujo esquema est apresentado na figura,

onde o comprimento de onda, correto afirmar:

(01) Os raios gama, no vcuo, tm velocidade maior doque as ondas de rdio.(02) Os raios gama so constitudos de eltronsemitidos na desintegrao de ncleos atmicos.(04) Os raios X so bastante absorvidos pelos ossoshumanos e atravessam, com facilidade, a pele humana.(08) Todas as ondas do espectro so transversais e se

propagam na direo perpendicular s direes dos camposeltricos e magnticos oscilantes que as constituem.(16) A microscopia tica constitui uma tcnica eficientena observao dos detalhes da estrutura das membranas

celulares, cuja espessura da ordem de 10nm.(32) A energia cintica dos eltrons ejetados por ummetal, no efeito fotoeltrico, tanto maior quanto maior fora intensidade da luz incidente.

58) (UFBA-2002) Investigando a estrutura do ncleoatmico, Rutherford conseguiu, pela primeira vez,transformar artificialmente um elemento qumico em outro,fazendo um feixe de partculas alfa passar atravs de umacamada de nitrognio gasoso. A transformao ocorrida, denitrognio em oxignio, est representada, de maneirasinttica, na figura a seguir.

Com base nessas informaes, na anlise da figura e nosconhecimentos sobre fsica nuclear, correto afirmar:(01) A estabilidade de ncleos atmicos se mantm

pela ao de foras de natureza eletromagntica.(02) A partcula alfa formada por dois ncleons.(04) O nitrognio libera um prton mediante reaonuclear espontnea.(08) O oxignio obtido resultante de um processo detransmutao.(16) A conservao do nmero de massa ocorre emreaes nucleares.(32) A carga eltrica total, antes da reao, igual carga eltrica total aps a reao.


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59) (ITA-2000) O diagrama mostra os nveis de energia (n)de um eltron em um certo tomo. Qual das transiesmostradas na figura representa a emisso de um fton como menor comprimento de onda?

a) I.b) II.c) III.d) IV.e) V.

60) (ITA-2004)Num experimento que usa o efeitofotoeltrico, ilumina-se sucessivamente a superfcie de ummetal com luz de dois comprimentos de onda diferentes, 1e 2, respectivamente. Sabe-se que as velocidades mximasdos fotoeltrons emitidos so, respectivamente, v1 e v2, emque v1 = 2v2. Designando C a velocidade da luz no vcuo, e

h constante de Planck, pode-se, ento, afirmar que a funotrabalho do metal dada por:a) (21 - 2)hC / (12).

b) (2 - 21)hC / (12).c) (2 - 41)hC / (312).d) (41 - 2)hC / (312).e) (21 - 2)hC / (312).

61) (ITA-2004) Um eltron acelerado a partir do repousopor meio de uma diferena de potencial U, adquirindo umaquantidade de movimento p. Sabe-se que, quando o eltronest em movimento, sua energia relativstica dada por:

21

2222

0 cpcmE

em que m0 a massa de repouso do eltron e c a velocidadeda luz no vcuo. Obtenha o comprimento de onda de DeBroglie do eltron em funo de U e das constantesfundamentais pertinentes.

62) (UFMG-1995) A natureza da luz uma questo quepreocupa os fsicos h muito tempo. No decorrer da histriada fsica, houve predomnio ora da teoria corpuscular - a luz

seria constituda de partculas - ora da teoria ondulatria - aluz seria uma onda.1- Descreva, a concepo atual sobre a natureza da luz.

2- Descreva, resumidamente, uma observao experimentalque sirva de evidncia para a concepo descrita no itemanterior.

63) (Vunesp-2005) Institudo pela Organizao das Naes

Unidas, 2005 o Ano Mundial da Fsica, em que secomemora o centenrio dos trabalhos revolucionrios

publicados por Albert Einstein, o mais importante cientistado sculo XX (segundo a revista norte-americana Time).

Na teoria da relatividade especial de Einstein, objetos quese movem com velocidade v em relao a um referencialinercial tm o tempo dilatado por um fator, para umobservador em repouso nesse referencial. A tabela mostravalores de para diversos mdulos da velocidade v,representados em mltiplos da velocidade da luz, c (ou 3108m/s).v

0,000c 1,0000,100c 1,005

0,200c 1,021

0,400c 1,091

0,600c 1,250

0,800c 1,667

0,900c 2,294

0,998c 15,82

0,999c 22,37

c Segundo este modelo, pede-se:a) qual a velocidade, em m/s, que deve ser atingida pelo

objeto para que a dilatao do tempo seja de apenas 0,5%?Comente como este resultado explica por que as pessoasno percebem os efeitos da dilatao do tempo no seu dia-a-dia.

b) Se para o objeto passaram-se 10 minutos, quantosminutos se passaram para um observador no referencialinercial que v o objeto se movimentando velocidade de0,600c?

64) (UFBA-2005) Em 1905, Albert Einstein explicouteoricamente o efeito fotoeltrico e, em carta a um amigo,

reconheceu ser esse um trabalho revolucionrio.Atualmente esse efeito muito utilizado em alarmes deraios laser e no acendimento automtico da iluminao

pblica, dentre outras aplicaes.A equao que, segundo Einstein, explica esse efeito escrita como Ecintica hf - U, na qual Ecintica a energia cintica mxima dos eltrons arrancadosda superfcie; f a freqncia da onda eletromagntica incidente; h uma constante universal proposta, pela primeira vez,

pelo fsico alemo Max Planck; U a funo trabalho.A funo trabalho a quantidade mnima de energia

necessria para arrancar um eltron da superfcie. Aquantidade hf representa a energia de uma partcula de


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luz -- um fton. Estava, ento, colocada a dualidade onda-partcula.Um experimento, para determinar a constante de Planck,

pode ser realizado, usando-se a equao de Einstein. Emum capacitor de placas paralelas, no vcuo, os eltrons soarrancados da placa positiva, fazendo-se incidir nela uma

onda eletromagntica, luz ou radiao ultravioleta.O aparecimento de uma corrente eltrica indica o fluxodesses eltrons entre as placas do capacitor. Uma diferenade potencial Vo aplicada entre as placas do capacitor ajustada o suficiente para fazer com que a correntedesaparea e, nesse caso, tem-se que VoEcintica, em que_ a carga do eltron.O resultado desse experimento realizado em uma superfciede cobre expresso na tabela.f (x 1014 Hz) V0 (Volts)5,5 0,46,8 1,09,6 2,0

Com base nessas informaes e nos dados da tabela,determine a constante de Planck, h, e a funo trabalho, U,do cobre, considerando e 1,6.10-19C.

65) (UNICAMP-2007)Numa fonte de luz sncrotron, comoaquela existente no Laboratrio Nacional de Luz Sncrotron(LNLS) de Campinas, eltrons circulam no interior de umtubo com velocidade de mdulo v muito prximo ao davelocidade da luz no vcuo, que c = 3,0 108m/s. Atrajetria percorrida pelos eltrons composta de trechosem linha reta e de trechos curvos (arcos de circunferncia

de raio R), como ilustrado na figura ao lado. Nas curvas oseltrons sofrem acelerao centrpeta e, em conseqnciadisso, emitem luz.a) Se R = 3,0m, qual o mdulo da acelerao centrpetado eltron nos trechos curvos da trajetria? Para simplificaro clculo, considere neste item que o mdulo davelocidade v dos eltrons exatamente igual a c.

b) Segundo a teoria da relatividade, a energia de um eltron

dada por E = mc2, onde m = 9 10-31kg a massa doeltron, e uma grandeza adimensional sempre maior doque 1, que depende da velocidade do eltron. No LNLS, a

energia do eltron igual a 2,1 10-10J. Qual o valor de

?

c) A diferena entre os mdulos das velocidades da luz e

dos eltrons, v = (c - v), relaciona-se com por: v

22

c

Encontre v no caso do LNLS.

66) (UFC-2007) O ncleo de um determinado elemento A,constitudo por dois prtons e dois nutrons, tem massa mA 6,691.10-27 kg . Medidas experimentais mostram que asoma da massa dos dois prtons, mP 3,345.10

-27 kg ,com a massa dos dois nutrons, mN 3,350.10

-27 kg , no igual massa do ncleo. Isto significa que existe umaenergia mnima necessria para separar os constituintes doncleo do elemento A, denominada aqui de energia deligao EL .(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 enutrons em um ncleo do elemento A.

b) No caso de ser possvel separar os constituintes doncleo do elemento A incidindo ftons de uma radiaoeletromagntica de freqncia f = 1,2.1015 Hz , determine onmero de ftons necessrios para que isso ocorra.

67) (UEMG-2007) Dois raios de luz, um vermelho e o outroazul, so lanados paralelos um ao outro, mas obliquamenteem relao superfcie da gua, como na figura abaixo.

Sabe-se que a freqncia da luz vermelha menor que afreqncia da luz azul.

Em relao essa situao, assinale a alternativa que trazAPENAS AFIRMAES CORRETAS.

a) As velocidades das luzes vermelha e azul na gua tm omesmo valor.b) A freqncia da luz vermelha na gua diferente dafreqncia da luz vermelha no ar.c) Um fton de luz vermelha tem menor energia que umfton de luz azul.d) As freqncias das luzes azul e vermelha na gua soiguais.

68) (Fuvest-1999) Considere trs situaes em que um raiode luz se desloca no vcuo:


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I) nas proximidades de uma esfera carregadaeletricamente, representada na figura I.II) nas proximidades do plo de um m, representadana figura II.III) nas proximidades de um fio percorrido porcorrente eltrica i, representada na figura III.Podemos afirmar que o raio de luz:

a) no desviado em qualquer das trs situaes.b) desviado nas trs situaes.c) s desviado nas situaes I e II.d) s desviado nas situaes II e III.e) s desviado na situao I.

69) (UFC-2002) A funo trabalho de um dado metal 2,5eV.a) Verifique se ocorre emisso fotoeltrica quando sobre essemetal incide luz de comprimento de onda = 6,0 10-7 m. Aconstante de Planck h 4,2 10-15 eVs e a velocidade da luz

no vcuo c = 3,0 10

8

m/s.b) Qual a freqncia mais baixa da luz incidente capaz dearrancar eltrons do metal?

70) (ITA-2003) Considerando um buraco negro como umsistema termodinmico, sua energia interna U varia com asua massa M de acordo com a famosa relao de Einstein:U = Mc2. Stephen Hawking props que a entropia S deum buraco negro depende apenas de sua massa e dealgumas constantes fundamentais da natureza. Desta forma,sabe-se que uma variao de massa acarreta uma variaode entropia dada por: S/M = 8GMkB / c. Supondo que

no haja realizao de trabalho com a variao de massa,assinale a alternativa que melhor representa a temperaturaabsoluta T do buraco negro.

a) T = c3 / GMkB

b) T = 8Mc2 / kB.c) T = Mc2 / 8kB.d) T = c

3 / 8GMkB.e) T = 8c3 / GMkB.

71) (ITA-2003) Considere as seguintes afirmaes:I. No efeito fotoeltrico, quando um metal

iluminado por um feixe de luz monocromtica, aquantidade de eltrons emitidos pelo metal diretamente

proporcional intensidade do feixe incidente,independentemente da freqncia da luz.II. As rbitas permitidas ao eltron em um tomo soaquelas em que o momento angular orbital nh / 2, sendo

n = 1, 3, 5.III. Os aspectos corpuscular e ondulatrio so

necessrios para a descrio completa de um sistemaquntico.IV. A natureza complementar do mundo quntico expressa, no formalismo da Mecnica Quntica, pelo

princpio de incerteza de Heisenberg.Quais esto corretas?a) I e II.

b) I e III.c) I e IV.d) II e III.e) III e IV.

72) (ITA-2003) Utilizando o modelo de Bohr para o tomo,calcule o nmero aproximado de revolues efetuadas porum eltron no primeiro estado excitado do tomo dehidrognio, se o tempo de vida do eltron, nesse estadoexcitado, de 10-8s. So dados: o raio da rbita do estadofundamental de 5,3 10-11m e a velocidade do eltronnesta rbita de 2,2 106m/s.a) 1 106 revolues.

b) 4 107 revolues.c) 5 107 revolues.d) 8 106 revolues.e) 9 106 revolues.

73) (ITA-2000) Dobrando-se a energia cintica de umeltron no-relativstico, o comprimento de onda original desua funo de onda fica multiplicado por:

a) 2

1

b) 2

1

c) 4

1

d) 2 e) 2.

74) (ITA-2005) Um tomo de hidrognio inicialmente emrepouso emite um fton numa transio do estado deenergia n para o estado fundamental. Em seguida, o tomoatinge um eltron em repouso que com ele se liga, assim

permanecendo aps a coliso. Determine literalmente avelocidade do sistema tomo + eltron aps a coliso.Dados: a energia do tomo de hidrognio no estado n En =E0/n

2; o mometum do fton h / c; e a energia deste h,em que h a constante de Plank, a freqncia do fton e ca velocidade da luz.


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75) (ITA-2007) Aplica-se instantaneamente uma fora a umcorpo de massa m = 3,3kg preso a uma mola, e verifica-seque este passa a oscilar livremente com a freqnciaangular= 10rad/s. Agora, sobre esse mesmo corpo preso mola, mas em repouso, faz-se incidir um feixe de luzmonocromtica de freqncia f = 500

1012Hz, de modo

que toda a energia seja absorvida pelo corpo, o que acarretauma distenso de 1mm da sua posio de equilbrio.Determine o nmero de ftons contido no feixe de luz.Considere a constante de Planckh = 6,6 1034Js.

76) (UFC-2009) Um avio militar relativstico voa com

uma velocidade constante de 0,9 c, onde c a velocidade daluz no vcuo. Esse avio dispara um mssil. O pilotoobserva que o mssil se afasta do avio com uma velocidadede 0,6 c. No mesmo instante, um feixe de laser disparado

em relao ao avio com uma velocidade c. Assinale aalternativa que apresenta, respectivamente, os valores davelocidade do mssil e da velocidade do feixe de laser,

percebidos por um observador em um referencialestacionrio.a) c e c.

b) 0,97 c e c.c) 1,50 c e c.d) 1,50 c e 1,90 c.e) 0,30 c e 0,10 c.

77) (Universidade da Amaznia-2002) Alguns msseis

guiados utilizam o calor do prprio alvo como guia. Osalvos (avies, navios, etc) emitem calor que recebido porsensores no mssil. Com base nos princpios da fsicamoderna, analise as afirmaes abaixo: (Constante dePlankh = 6,6 x 10-34 J.s)

I. A deteco do calor baseada no efeito Compton.II. A energia de um fton de radiao infravermelha

da ordem de 10-22 JIII. A corrente eltrica que controla o sistema dedirecionamento do mssil conseqncia do efeitofotoeltrico.Est(o) correta(s) apenas:a) I

b) IIc) I e IIId) II e III

78) (ITA-2005)Num experimento, foi de 5,0 103m/s avelocidade de um eltron, medida com a preciso de0,003%. Calcule a incerteza na determinao da posio doeltron, sendo conhecidos: massa do eltron me = 9,1 10

-

31kg e constante de Plank reduzida = 1,1 10-34Js.


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Gabarito e Resolues

1) a) O rob dever destruir-se, desde que, com isso, eleno contrarie a Primeira Lei.

b) Sim, desde que o irmo deste ser humano no tente

mat-lo.

2) Alternativa: B

3) Alternativa: DAnalisando o Grfico, temos que a perturbao de ondas deraios X e a perturbao de ondas de radio, tem inicio

praticamente no mesmo instante, e a durao daperturbao de ondas de radio tem um tempo maior do quea perturbao dos raios X.

4) a) n = 5.107 partculasb) 3.1020 e V = 48 JEc = mV

2/2 = 48 J ; portanto as energias da partcula e dabola de tnis so iguais.

5) Alternativa: A

6) Alternativa: B

7) a) Sabendo que

JQtPE 1446 106,3109104000 b) Sendo E = Q = mc2 vem que:

gkgmm 4100,4)103(106,3 32814 c)

kgMMMm UUU 5108100,4108434

8) Alternativa: C

9) a) M238 = 1,986kg

b) M235 = 0,448kg

c) P 18,4%

10) Alternativa: E

11) Alternativa: C

12) Alternativa: C

13) a) Como o nmero de contagens por intervalo de tempo proporcional ao nmero de tomos radioativos presentes,e a meia-vida da substncia utilizada de aproximadamente20 minutos, temos:

t(minutos) n- de contagens por minutos

0 160.000

20 80.000

40 40.000

60 20.000

NB2 = 20000 contagens/min

b) Considerando que em um intervalo de tempo de 1 horatoda a amostraA injetada no paciente foi diludauniformemente em seu sangue, o nmero de contagens queseria monitorado em todo o sangue dele corresponderia a20000 contagens/minutos. Logo, o volume Vdo sangue, nosistema circulatrio desse paciente, pode ser determinadocomo segue:

V20.000 contagens/min10cm340 contagens/minV = 5.000cm3

V = 5L

14) Resposta: 1301-V02-F04-V08-V16-F32-F

15) Alternativa: B

16) Alternativa: C

17) Alternativa: E

18) Resposta - 26

19) Alternativa: C

20) Alternativa: C

21) Alternativa: A

22) Alternativa: E

23) Alternativa: C

24) Alternativa: D

25) Alternativa: B

26) Resposta:a) mp = meE1 = -6,8 eV

b) E = 8,1x10-14J


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27) a) R = 2 mb) E = 9x1013 J

28)p = 2

29) Alternativa: D

30) Alternativa: C

31) Alternativa: B

32) Alternativa: D

33) Alternativa: A

34) A freqncia da luz emitida de 5,1 1014 Hz, e issocorresponde luz verde. Portanto no tem resposta.

35) Alternativa: C

36) Alternativa: C

37) Alternativa: E

38) a) 146

b) partculas beta e alfa.

c) M e Q; N e R

39) a) Efton = 2,4 eVb) csio e potssioc) EC = 1,7 eV

40)

01 02 04 08 16 32

F V V V V F

TOTAL = 30

41) Alternativa: E

42) Alternativa: B

43) Alternativa: C

44) Alternativa: B

45) Alternativa: B

46) Alternativa: C

47) Alternativa: C

48) a)um

15

14

b)1910.7,1

49) a) 5,7 x 10-7m 5700 b) E = 35,14 x 10-20Jc) I 0,13 W/m2

50) Soma = 22

51) Alternativa: A

52) Alternativa: D

53) a) K = 2,0 MeV

b)ccv 96,0

5

62

54) Alternativa: D

55) Alternativa: C

56) Alternativa: E

57) Soma = 14

58) Soma = 49

59) Alternativa: C

60) Alternativa: D

61) Resposta:

21

2

02

eUcmeUhc

62) a) a descrio atual aceita os dois tipos decomportamento (teoria dual) da luz.

b) efeito foto-eltrico(partcula) e difrao (ondas).

63) a) Para a dilatao do tempo de 0,5%, intervalo det medido pelo observador em repouso determinado por:

t` = t + 100

5,0

.t

t` = 1,005. tsendo t o intervalo de tempo medido no referencial em

movimento.


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Como, de acordo com o enunciado, t = t, temos =1,005, que corresponde a uma velocidade igual a 0,1 c30.000km/s. Ou seja, para uma dilatao de apenas 0,5%,a velocidade do corpo muito superior s velocidadesenvolvidas no dia-a-dia, em que o efeito de dilatao do

tempo no perceptvel.

b) Da tabela, uma velocidade de 0,600c corresponde a =1,25. Dessa forma, temos:t = t = 1,25 10t = 12,5 minutos.

64)No experimento realizado,e V0 = h f - U isto , V0 = ( h / e ) f - U / e.Esta uma equao do primeiro grau, ou seja, uma

equao do tipo y = a x + b em que,V0 y, h / e a, f x e U / e - b

Soluo AlgbricaA resoluo pode ser feita considerando-se um sistema deduas equaes linearesV0

( k ) = ( h / e ) f( k ) - U / e e V0( i ) = ( h / e ) f( i )

- U / e,Em que (k) e (i) representam quaisquer dos trs pares devalores apresentados na tabela, com k i.Pela subtrao das duas equaes obtm-se, considerando-se os pares (1) e (2),V0

(2) - V0(1) = ( h12 / e ) ( f

(2) - f(1) )resultandoh12 = e ( V0

(2) - V0(1) ) / ( f(2) - f(1) ) = 1,6 x 10-19 ( 1,0 - 0,4

) / ( ( 6,8 - 5,5 ) . 1014 ) == 1,6 . 10-33 . 0,6 / 1,3

= 7,38 . 10-34 J . s.Somando-se as duas equaes obtm-seV0

(2) + V0(1) = ( h / e ) . ( f(2) + f(1) ) - 2 U12/ e

E, assim,U12 = [ h ( f

(2) + f(1) ) - e ( V0(2) + V0

(1) ) ] / 2 = -6,7 x10-20JDe maneira anloga valores de h e U podem ser obtidosusando outros pares de pontos, utilizando os dados da

tabela. Sero consideradas corretas as soluesapresentados utilizando apenas um par de valores, qualquerque seja a escolha do candidato.

65)

a) ac = 3,1016 m/s2

b)3

10.6,2

c) smV /3,22

66) a) EL = 3,6 x 10-13 J, a energia mnima para separar

prtons e nutrons.

b) N = 5105xhf

EL ftons

67) Alternativa: C

68) Alternativa: A

69) a) Como 5 x 10-7 m no ocorrer emisso.

b) fMIN = 6 x 1014 Hz

70) Alternativa: D

71) Alternativa: E

72) Alternativa: D

73) Alternativa: A

74)

2

20 1

)2( n

n

mMc

Ev

75) Resposta: n = 5 .1014ftons

76) Alternativa: B

77) Alternativa: B

78) x = 0,4 mm

Fisica Moderna Exercicios Gabarito Resolucoes (1)

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