Física Moderna

Física Moderna

Professor Diminoi

FÍSICA MODERNA

 

É a denominação dada ao conjunto de teorias surgidas no começo do século XX, principiando com a Mecânica Quântica e a Teoria da Relatividade e as alterações no entendimento científico daí decorrentes, bem como todas as teorias posteriores. De fato, destas duas teorias resultaram drásticas alterações no entendimento das noções do espaçotempomedidacausalidadesimultaneidade , trajetória e localidade etc.

Max Planck

mecânica quântica surgiu inicialmente dos trabalhos de Max Planck e de Einstein. Um dos mais importantes problemas de física não resolvidos no final do séc. XIX, era o da radiação do corpo negro. Planck resolve este problema em 1901 utilizando como hipótese ad hoc que a energia deste não tem um espectro contínuo, mas pelo contrário é discreta, ou em outras palavras quantizada. Einstein utiliza esta mesma hipótese para resolver o problema do efeito fotoelétrico em 1905. Mas vai mais longe propondo que esta é na realidade a verdadeira natureza da luz. A essa quantidade discreta de luz se chama quantum de luz ou fóton.

Nasce assim a Mecânica Quântica que será posteriormente desenvolvida pelo trabalho de muitos outros cientistas como Niels BohrErwin SchrödingerWerner HeisenbergEinsteinLouis de BroglieMax BornWolfgang Pauli ou Paul Dirac, citando apenas os mais importantes.

A hipótese de que a energia é quantizada permite então resolver muitos dos problemas pendentes da Física do início do séc. XX. Einstein utiliza-a para explicar o calor específico dos sólidos e Niels Bohr para explicar a estabilidade do átomo. O primeiro modelo atómico, chamado modelo de Bohr, é posteriormente melhorado por Sommerfeld e outros cientistas acima referidos dando origem à moderna teoria quântica, com uma formalização em moldes mais rigorosos. Tal desenvolvimento também se deu pelos esforços do matemático John von Neumann.

Dentre esses desenvolvimentos, a teoria quântica abandonou parcialmente a noção de trajetória e da localidade, em função do princípio da incerteza de Heisenberg. Assim tem-se a noção da trajetória, de natureza determinista, substituída pela noção de função de onda, de natureza probabilística. Essa interpretação da função de onda, como medida da potencialidade de localização de uma partícula, foi dada pela análise e correta interpretação de Max Born.

Albert Einstein

Bohr contribui decisivamente também para esse desenvolvimento ulterior da mecânica quântica. Ele e seus seguidores (incluindo Heisenberg) ajudaram a formar a chamada Interpretação de Copenhaga. Nessa interpretação, dá-se a explicação quântica da medida. Uma medida realizada sobre um sistema quântico resulta da interação do observador - um aparelho de medida geralmente clássico - com um sistema quântico. Como a medida resulta numa certeza sobre um valor de uma grandeza (observável) ao passo que a função de onda associada representa uma função de probabilidades em termos da posição e tempo, tal conjectura implica dizer que o ato de medir acarreta um colapso da função de onda: o ato de medir destrói um possível emaranhamento quântico e literalmente cria a realidade experimentalmente mensurada.

Também em 1905, Einstein publica a teoria da relatividade restrita, nesta a ideia clássica que se tinha da simultaneidade foi abandonada, em decorrência da finitude da velocidade de transmissão das interações eletromagnéticas, que resulta da teoria clássica do eletromagnetismo de Maxwell. A simultaneidade passa a depender do referencial que se está adotando para se analisar uma dada situação física. É assim, a invariância da velocidade da luz (que corresponde precisamente à velocidade de transmissão das interações) implica que as noções de espaço e tempo se mesclam em um novo conceito, o espaço-tempo. Para a teoria da relatividade restrita contribuíram decisivamente também Henri PoincaréHendrik Lorentz e Hermann Minkowski. Assim se encerra de modo consistente a teoria da eletrodinâmica clássica. Posteriormente, em 1915, Einstein leva mais longe os conceitos da teoria da relatividade ao generalizar o conceito de finitude da velocidade de transmissão das interações à interação gravitacional. Do desenvolvimento desta ideia resulta a moderna teoria da gravitação, conhecida por teoria da relatividade geral.

É Dirac quem posteriormente formaliza a teoria da Electrodinâmica Quântica que une de modo consistente a teoria quântica e a eletrodinâmica clássica, baseando-se em trabalho anterior de Oskar KleinWalter Gordon e Vladimir Fock. As tentativas de lhes juntar também a teoria da relatividade geral foram até hoje infrutíferas, sendo este um dos maiores problemas em aberto da física moderna.

Isaac Newton e Galileu Galilei - Estabeleceram as bases para o estudo da Física. Eles demonstraram que a verdade deve ser alcançada através da lógica e de experiências controladas e não somente através do pensamento como acreditavam os gregos e romanos da antiguidade. Quando Newton formulou a suas teorias estava estabelecendo um programa para a Ciência: Determinar as forças que regem o universo e as suas leis.

Dúvidas

Na época de Newton e após as suas teorias predominava a ideia mecanicista: o universo funcionava de maneira organizada e previsível, como uma máquina. Se alguma inteligência pudesse conhecer a posição e a velocidade de todos os corpos e estivesse informada sobre as forças que agem neles, seria capaz de determinar o passado e futuro de qualquer objeto.

Porém alguns fatos começaram a abalar a simplicidade e previsibilidade destes pensamentos. Alguns surgiram com o estudo da luz. Afinal o que seria a luz? As experiências começaram a mostrar que hora ela se comportava como partícula, hora como onda. Qual a velocidade da luz? Porque essa velocidade é sempre constante?

Outras questões surgiram com o estudo da eletricidade e de outras áreas. Qual a origem deste fenômeno que tem carga positiva ou negativa? E quanto ao magnetismo? De onde vem? Como explicar as reações químicas ou o calor do sol? Algumas dessas questões possuíam respostas e outras só levavam a novas perguntas.

Enquanto isso a matemática desenvolveu novas ferramentas. Avançou o estudo da probabilidade. O estudo da geometria levava a imaginar o espaço de maneira inteiramente nova enquanto certas teorias eram extremamente difíceis de imaginar.

Soluções

Numa época em que a ciência mergulhava em profunda crise e as mentes mais talentosas do mundo duvidavam de suas próprias convicções, um jovem funcionário de uma biblioteca suiça publica várias teorias. Em uma delas explica o Movimento Browniano, a misteriosa trajetória de partículas (pólem, por exemplo) sobre a água parada. Em outra, mostra como ocorre o efeito fotoelétrico, a geração de eletricidade a partir da luz, que varia conforme a sua frequência. Lança também a Teoria da Relatividade, segundo a qual o tempo e o espaço dependem do referencial em que o objeto é observado. O Jovem se chamava Albert Einstein, recém-formado na Escola Politécnica de Zurich. Pouco antes, Max Planck havia solucionado o problema da radiação do corpo negro.

Um corpo que não reflete luz emite radiação de acordo com sua temperatura. Porém essa radiação não variava conforme previam as teorias clássicas. Para explicar essa contradição, Planck supôs que a energia era emitida de maneira quantizada, quer dizer, em quantidades bem definidas, como se fossem pequenos pacotes de energia.

Revolução

As teorias do início do século tiveram grande impacto sobre o desenvolvimento da Física. A partir delas, chegamos a diversas outras conclusões que revolucionaram a Ciência e cujo impacto experimentamos até hoje no desenvolvimento do eletrônica, das telecomunicações, na medicina e em muitas outras áreas. O estudo dessas teorias e suas consequências denominamos Física Moderna.

Entre os resultados obtidos com o estudo da Física Moderna temos:

Matéria e Energia são equivalentes

A matéria pode ser considerada uma grande quantidade de energia organizada. Algumas das provas de que isso é verdade são as usinas nucleares e as bombas atômicas que utilizam a energia contida em pequenas quantidades de matéria.

A fórmula proposta por Einstein que demonstra essa equivalência é:

E = mc²

Onde:

  • E = Energia
  • m = Massa
  • c = Velocidade da Luz

Tempo e Espaço dependem do referencial

As medidas de tempo e espaço não são iguais para todos. Se um observador move-se em velocidade próxima a da luz, o tempo se dilata e o espaço se comprime em relação a um outro observador em repouso. Hoje em dia satélites do sistema GPS possuem correção dos seus relógios devido aos efeitos da relatividade.

Atualmente o maior desafio da Física Moderna é formular teorias que reunam a Mecânica Quântica e a Relatividade de Einstein, formando uma espécie de "Teoria do Tudo" criando a base para entender todos os fenômenos do Universo.

 

Física Moderna... continuação

 

5ª Conferência de Solvay, em 1927. Na foto, temos reunidos grandes nomes da Física, como Einstein, Bohr, Rutherford, Schröedinger e Marie Curie*.

O que é Física Moderna?

Física Moderna designa as novas concepções da Física desenvolvidas durante as três primeiras décadas do século XX, as quais resultaram das proposições teóricas dos físicos Albert Einstein e Max Planck. Após o surgimento da teoria da relatividade de Einstein e da quantização das ondas eletromagnéticas, esse novo campo de estudo surgiu, ampliando os limitados horizontes da Física Clássica.

Mais abrangente que a Física Clássica, a Física Moderna é capaz de explicar fenômenos de escalas muito pequenas (atômicas e subatômicas) e de altíssimas velocidades, muito próximas à velocidade da luz. Os físicos do século XX perceberam que o conhecimento vigente não era suficiente para explicar fenômenos como o efeito fotoelétrico ou a radiação de corpo negroDessa forma, diversas hipóteses começaram a ser levantadas sobre a natureza da luz e da matéria e sobre a interação entre elas.

Importantes descobertas da Física Moderna

Diversos experimentos marcaram a história e o desenvolvimento da Física Moderna. Entre eles, podemos citar aqueles que nos forneceram uma compreensão mais profunda sobre a estrutura da matéria e dos átomos e também sobre a natureza da luz. confira alguns exemplos dessas importantes descobertas que marcaram o começo da Física Moderna:

Em 1895, Wilhem Röntgen descobriu a existência dos raios X, um tipo invisível de radiação extremamente penetrante.

Em 1896, Antoine Becquerel descobriu a existência da radioatividade.

Alguns anos mais tarde, em 1900, o físico alemão Max Planck propôs que a energia carregada pelo campo eletromagnético apresentava valores quantizados, múltiplos inteirosde uma quantidade mínima e constante.

Em 1905, por meio da sua teoria da relatividade, Albert Einstein mostrou que referenciais que se movem com velocidades muito altas, próximas à velocidade de propagação da luz, experimentam a passagem do tempo e a medida das distâncias de maneiras distintas.

Em 1913, Niels Bohr propôs que os níveis de energia dos elétrons espalhados ao redor dos núcleos atômicos são quantizados, isto é, sua energia é dada por um múltiplo inteiro de um valor mínimo.

Em 1924, a dualidade onda-partícula, estabelecida pelo físico Louis De'Broglie, mostrou que qualquer corpo pode comportar-se como uma onda.

Em 1926, surgiu a Mecânica Quântica, resultado do trabalho de físicos como WernerHeisenberg e Erwin Schröedinger.

Em outras palavras, a Física Moderna conseguiu explorar a natureza do mundo microscópico e as grandes velocidades relativísticas, fornecendo valiosas explicações para diversos fenômenos físicos que eram, até então, incompreendidos.

Marcos da Física Moderna

Teoria atomística

teoria atomística originou-se entre pensadores gregos como Tales de Mileto e os atomistas Demócrito e Leucipo. Para esses pensadores, a matéria era constituída por partículas menores, indestrutíveis e indivisíveis, as quais foram chamadas de átomos.

A teoria atomística ganhou forças graças aos diferentes modelos atômicos propostos ao longo dos estudos físicos. Veja abaixo alguns importantes cientistas e suas teorias atômicas:

- John Dalton: acreditava que os átomos eram maciços e indivisíveis e que as substâncias eram formadas por combinações atômicas de diferentes proporções.

- J. J. Thomson: segundo esse cientista, os elétrons, que possuem carga elétrica negativa, encontravam-se espalhados na superfície de uma carga positiva.

- Ernest Rutherford: para Rutherford, os átomos possuíam uma carga elétrica positiva concentrada em uma região extremamente densa e reduzida, chamada de núcleo atômico.

 - Niels Bohr: de acordo com o modelo de Bohr, os elétrons estavam localizados em torno dos núcleos atômicos com energia quantizada, ou seja, ocupavam somente níveis específicos de energia, os quais eram múltiplos de uma quantidade menor.

Veja tambémModelos atômicos

 A concepção atual sobre o que são átomos teve várias contribuições ao longo da história, passando por diversas mudanças. Algumas das propostas mais importantes para nosso entendimento sobre os átomos e a matéria partiram de físicos como De'Broglie, Heisenberg e Schröedinger. Confira:

- Louis De'Broglie: propôs a existência das ondas de matéria, propriedade que explica o comportamento dual dos elétrons.

- Werner Heinsenberg: propôs o princípio da incerteza, indicando que não seria possível determinar, simultaneamente e com total precisão, a posição e a quantidade de movimentos das partículas quânticas.

- Erwin Schröedinger: por meio de sua equação, conseguiu determinar as regiões mais prováveis de se encontrar um elétron em volta do núcleo atômico.

Veja também: O nascimento da Mecânica Quântica

Radiação de corpo negro

Para a Física, é classificado como corpo negro qualquer corpo capaz de absorver toda a radiação incidente sobre ele, reemitindo-a em forma de radiação térmica, de acordo com sua temperatura.

O problema sobre radiação de corpo negro era uma das principais perguntas abertas da Física no início do século XX. Por meio da hipótese da quantização da energia das ondas eletromagnéticas emitidas pelos corpos negros, o física alemão Max Planck apresentou a solução desse problema.

Experimento da gota de óleo

experimento da gota de óleo, realizado pelo físico Robert Andrews Millikan, foi capaz de determinar a ordem de grandeza da carga elétrica dos elétrons. O aparato utilizado nessa experiência era constituído por um borrifador, que espirrava gotículas de óleo entre duas placas dispostas eletricamente carregadas na direção vertical, de forma que as gotículas ficassem estáticas no ar. Até a realização desse experimento, não se conhecia a carga dos elétrons, apenas a razão entre sua carga e sua massa.

Veja tambémA descoberta do elétron

Experimento de Franck-Hertz

experimento de Franck-Hertz validou o modelo atômico proposto por Niels Bohr. Esseexperimento mostrou que só é possível excitar os átomos de um gás a partir de níveisespecíficos de energia, assim como previa a quantização dos níveis de energia, proposta por Bohr.

Experimento de Rutherford

O famoso experimento de Rutherford foi, na verdade, realizado por dois de seus alunos, HansGeiger e Ernest Mardsen. Nesse experimento, uma fina folha de ouro era bombardeada por partículas alfa (núcleos de átomos de hélio) em alta velocidade. Percebeu-se que, após a colisão, os ângulos de algumas dessas partículas variavam muito. Além disso, em alguns casos, havia ricocheteamento das partículas alfa, o que sugeria a existência de núcleos atômicos pesados e extremamente densos.

Descoberta das lentes gravitacionais

O fenômeno da lente gravitacional ocorre em virtude da distorção do espaço-tempo exercida por grandes massas, como as de estrelas e planetas. De acordo com a relatividade geral, proposta por Albert Einstein, a gravidade exercida por corpos massivos é resultado da deformação no relevo do espaço-tempo. Como decorrência, ao se propagar pelo espaço-tempo deformado, a luz sofreria um desvio.

Esse fenômeno foi observado por astrônomos por meio de medidas da duração do eclipse solar total ocorrido em 1919. As medições foram realizadas simultaneamente na cidade de Sobral, localizada no estado do Ceará, e em São Tomé e Príncipe.

Veja tambémEinstein e o Ceará

Experimento de Michelson-Morley

O experimento de Michelson-Morley provou que as ondas eletromagnéticas são capazes de propagarem-se no próprio vácuo, logo, não precisam de um meio para isso. Para comprovar essa propriedade, os pesquisadores Albert Michelson e Edward Morley utilizaram um grande interferômetro (dispositivo utilizado para investigar a interferência da luz) mergulhado em uma piscina preenchida com mercúrio. Dessa forma, seriam evitadas vibrações de qualquer natureza, capazes de afetar a medida extremamente sensível.

No experimento em questão, mediu-se o tempo para a luz ser refletida por espelhos precisamente alinhados. Se a Terra desloca-se no meio em que a luz se propaga, deveriam ser observados pequenos desvios nos feixes refletidos, o que não ocorreu. Assim, os pesquisadores comprovaram a teoria proposta.

Efeito fotoelétrico

efeito fotoelétrico era um fenômeno sem uma explicação satisfatória até os estudos desenvolvidos por Albert Einstein. Por conseguir explicar esse efeito, Einstein foi laureado com um Nobel de Física. Por meio da ideia de Max Planck, Albert Einstein ampliou a teoria de quantização de energia da radiação de corpo negro para qualquer tipo de radiação, firmando, assim, a noção de dualidade onda-partícula.

Relatividade geral

relatividade geral é uma generalização da teoria da relatividade especial, também desenvolvida pelo físico alemão Albert Einstein. Segundo essa teoria, corpos massivos, como planetas e estrelas, são capazes de deformar a tecitura, ou o relevo, do espaço-tempo. Essa deformação, por sua vez, dá origem à gravidade.

A gravidade das estrelas e dos planetas deforma o espaço-tempo, dando origem à gravidade.

Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fisica-moderna.htm

 

FÍSICA MODERNA - RESOLVIDOS

01) (PUC-MG) O efeito fotoelétrico consiste:

(A) na existência de elétrons em uma onda eletromagnética que se propaga num meio uniforme e contínuo.

(B na possibilidade de se obter uma foto do campo elétrico quando esse campo interage com a matéria.

(C) na emissão de elétrons quando uma onda eletromagnética incide em certas superfícies.

(D) no fato de que a corrente elétrica em metais é formada por fótons de determinada energia.

(E) na ideia de que a matéria é uma forma de energia, podendo transformar-se em fótons ou em calor.

Resolução:

Ao incidir uma radiação eletromagnética em uma placa de metal como, por exemplo, zinco, rubídio, etc., elétrons são arrancados dela. 

Alternativa: C

 

02) Todos os dias ficamos expostos a vários tipos de radiações. Seja numa clínica para se realizar um exame com raios X ou simplesmente andando pelas ruas, nosso organismo é constantemente bombardeado por elas. Marque a alternativa que apresenta a radiação de maior penetração no organismo humano.

(A) Luz visível

(B) Raios gama

(C) Ultravioleta

(D) Infravermelho

(E Micro-ondas

Alternativa: B

 

03) Ao observarmos o espectro de radiação eletromagnética podemos encontrar fótons de alta energia de quais tipos?

(A) Ondas de rádio

(B) Ultravioleta

(C) Micro-ondas

(D) Infravermelho

(E) Raios X

Alternativa: E

 

04) (UFRS) Os raios X são produzidos em tubos de vidro a vácuo, nos quais elétrons sofrem uma brusca desaceleração quando colidem contra um alvo feito de metal. Desta forma podemos dizer que os raios X constituem um feixe de:

(A) elétrons

(B) fótons

(C) prótons

(D) nêutrons

(E) pósitrons

Alternativa: B

 

05) (UFPR) Entre as inovações da Física que surgiram no início do século XX, uma foi o estabelecimento da teoria _______, que procurou explicar o surpreendente resultado apresentado pela radiação e pela matéria conhecido como dualidade entre _______ e ondas. Assim, quando se faz um feixe de elétrons passar por uma fenda de largura micrométrica, o efeito observado é o comportamento _______ da matéria, e quando fazemos um feixe de luz incidir sobre uma placa metálica, o efeito observado pode ser explicado considerando a luz como um feixe de _______.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de palavras para o preenchimento das lacunas nas frases acima.

(A) Relativística – partículas – ondulatório – partículas.

(B) Atomística – radiação – rígido – ondas.

(C) Quântica – partículas – ondulatório – partículas.

(D) Relativística – radiação – caótico – ondas.

(E) Quântica – partículas – ondulatório – ondas.

Alternativa: C

 

06) (UFSC) Em 6 de novembro de 2014, estreava no Brasil o filme de ficção científica Interestelar, que abordou, em sua trama, aspectos de Física Moderna. Um dos fenômenos mostrados no filme foi a dilatação temporal, já prevista na Teoria da Relatividade de Albert Einstein. Além da relatividade, Einstein explicou o Efeito Fotoelétrico, que lhe rendeu o prêmio Nobel de 1921.

Sobre os fenômenos referidos acima, é CORRETO afirmar que:

1) o Efeito Fotoelétrico foi explicado atribuindo-se à luz o comportamento corpuscular.

2) a alteração da potência de uma radiação que provoca o Efeito Fotoelétrico altera a energia cinética dos elétrons arrancados e não o número de elétrons.

4) de acordo com a Teoria da Relatividade, as leis da Física são as mesmas para qualquer referencial inercial.

8) de acordo com a Teoria da Relatividade, a velocidade da luz no vácuo é uma constante universal, é a mesma em todos os sistemas inerciais de referência e não depende do movimento da fonte de luz.

Resposta: 1, 4 e 8

 

07) (UFSC) Marta foi ao salão de beleza escovar os cabelos. Como chegou 20 minutos antes do seu horário, ficou sentada no sofá do salão observando o trabalho dos cabeleireiros. Notou alguns instrumentos utilizados nos afazeres do salão e resolveu desenhá-los e escrever as seguintes proposições sobre a Física envolvida:

De acordo com as figuras acima, é correto afirmar que:

1) as proposições II e IV estão corretas.

2) as proposições III e VI estão corretas.

4) todas as proposições estão corretas.

8) as proposições I, III e IV estão corretas.

16) as proposições II, III e V estão corretas.

Resposta: 2 e 2

 

08) (Unirio) Os raios X, descobertos em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Rontgen, são produzidos quando elétrons são desacelerados ao atingirem um alvo metálico de alto ponto de fusão como, por exemplo, o Tungstênio. Essa desaceleração produz ondas eletromagnéticas de alta freqüência denominadas de Raios X, que atravessam a maioria dos materiais conhecidos e impressionam chapas fotográficas. A imagem do corpo de uma pessoa em uma chapa de Raios X representa um processo em que parte da radiação é:

(A) refletida, e a imagem mostra apenas a radiação que atravessou o corpo, e os claros e escuros da imagem devem-se aos tecidos que refletem,  respectivamente, menos ou mais os raios X.

(B) absorvida pelo corpo, e os tecidos menos e mais absorvedores de radiação representam, respectivamente, os claros e escuros da imagem.

(C) absorvida pelo corpo, e os claros e escuros da imagem representam, respectivamente, os tecidos mais e menos absorvedores de radiação.

(D) absorvida pelo corpo, e os claros e escuros na imagem são devidos à interferência dos Raios X oriundos de diversos pontos do paciente sob exame.

Resolução:

Embora os raios X sejam o que se chama de Física Moderna, na verdade a questão envolve mais o bom senso. Todos conhecemos radiografias. Nelas, ossos saem brancos e tecidos em volta negros. Logo, como diz a questão, o osso, que é mais denso que o tecido, absorve mais radiação e sai claro, enquanto o tecido que é menos denso deixa passar mais raios X e sai escuro.

Alternativa: C

 

09) (UFRS) Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no texto abaixo.

A chamada experiência de Rutherford (1911-1913), consistiu essencialmente em lançar, contra uma lâmina muito delgada de ouro, um feixe de partículas emitidas por uma fonte radioativa. Essas partículas, cuja carga elétrica é .........., são conhecidas como partículas .......... .

(A) positiva - alfa

(B positiva - beta

(C) negativa - alfa

(D) negativa - beta

Resolução:

Rutherford usou partículas alfa, de carga sabidamente e positiva.

Alternativa: A

 

10) (UFRS) A experiência de Rutherford (1911-1913), na qual uma lâmina delgada de ouro foi bombardeada com um feixe de partículas, levou à conclusão de que

(A) a carga positiva do átomo está uniformemente distribuída no seu volume.

(B) a massa do átomo está uniformemente distribuída no seu volume.

(C) a carga negativa do átomo está concentrada em um núcleo muito pequeno.

(C) a carga positiva e quase toda a massa do átomo estão concentradas em um núcleo muito pequeno.

Resolução:

A grande contribuição desta experiência foi mostrar que toda a carga positiva e quase toda a massa do átomo estão concentradas no núcleo.

Alternativa: D

 

10)  EXPLIQUE basicamente o atômico de Bohr.

Resolução:

Bohr propôs que o elétron orbitava em torno do núcleo sem ganhar nem perder energia (na minha opinião, secundário). Mas, principalmente que somente algumas órbitas eram possíveis. Quando o elétron sofria uma transição eletrônica, ele emitia ou absorvia uma quantidade de energia E dada por E(ou  DELTA ΔE) = hf, onde h é a constante de Planck e f a frequência do fóton absorvido ou emitido.

 

11) (UFC) No início do século XX, novas teorias provocaram uma surpreendente revolução conceitual na Física. Um exemplo interessante dessas novas idéias está associado às teorias sobre a estrutura da matéria, mais especificamente àquelas que descrevem a estrutura dos átomos. Dois modelos atômicos propostos nos primeiros anos do século XX foram o de Thomson e o de Rutherford. Sobre esses modelos, assinale a alternativa correta.

(A) No modelo de Thomson, os elétrons estão localizados em uma pequena região central do átomo, denominada núcleo, e estão cercados por uma carga positiva, de igual intensidade, que está distribuída em torno do núcleo.

(B) No modelo de Rutherford, os elétrons são localizados em uma pequena região central do átomo e estão cercados por uma carga positiva, de igual intensidade, que está distribuída em torno do núcleo.

(C) No modelo de Thomson, a carga positiva do átomo encontra-se uniformemente distribuída em um volume esférico, ao passo que os elétrons estão localizados na superfície da esfera de carga positiva.

(D) No modelo de Rutherford, os elétrons movem-se em torno da carga positiva, que está localizada em uma pequena região central do átomo, denominada núcleo.

Resolução:

No modelo de Thonson, pudim, o átomo seria uma esfera positiva e os elétrons estariam espalhados como passas em um pudim. Para Rutherford, o modelo tinha o núcleo positivo com os elétrons em volta, como no sistema solar.

Alternativa: D

 

12) Todos os dias ficamos expostos a vários tipos de radiações. Seja numa clínica para se realizar um exame com raios X ou simplesmente andando pelas ruas, nosso organismo é constantemente bombardeado por elas. Marque a alternativa que apresenta a radiação de maior penetração no organismo humano.

A() Luz visível

(B) Raios gama

(C) Ultravioleta

(D) Infravermelho

(E) Micro-ondas

Alternativa: b

 

13) Ao observarmos o espectro de radiação eletromagnética podemos encontrar fótons de alta energia de quais tipos?

(A) Ondas de rádio

(B) Ultravioleta

(C) Micro-ondas

(D) Infravermelho

(E) Raios X

Alternativa: E

 

14)  (UFRS) Os raios X são produzidos em tubos de vidro a vácuo, nos quais elétrons sofrem uma brusca desaceleração quando colidem contra um alvo feito de metal. Desta forma podemos dizer que os raios X constituem um feixe de:

(A) elétrons

(B) fótons

(C) prótons

(D) nêutrons

(E) pósitrons

Alternativa: B

 

15) (PUC-MG) O efeito fotoelétrico consiste:

(A) na existência de elétrons em uma onda eletromagnética que se propaga num meio uniforme e contínuo.

(B) na possibilidade de se obter uma foto do campo elétrico quando esse campo interage com a matéria.

(C) na emissão de elétrons quando uma onda eletromagnética incide em certas superfícies.

(D) no fato de que a corrente elétrica em metais é formada por fótons de determinada energia.

(E) na ideia de que a matéria é uma forma de energia, podendo transformar-se em fótons ou em calor.

Resolução: Ao incidir uma radiação eletromagnética em uma placa de metal como, por exemplo, zinco, rubídio, etc., elétrons são arrancados dela. 

Alternativa: C

 

FÍSICA QUÂNTICA

É um ramo teórico da ciência que estuda todos os fenômenos que acontecem com as partículas atômicas e subatômicas, ou seja, que são iguais ou menores que os átomos, como os elétrons, os prótons, as moléculas e os fótons, por exemplo.

Todas essas micropartículas não podem ser estudadas sob a ótica da física clássica, pois não são influenciadas pelas leis que a compõe, como a gravidade, a lei da inércia, ação e reação e etc.

Ao contrário da física clássica, a física quântica é classificada como “não intuitiva”, isso significa que, neste ramo de estudo, determinadas coisas são verdadeiras mesmo quando aparentam não ser. Aliás, por ser considerada não intuitiva, a física quântica ficou conhecida como uma “falsa teoria”.

Também conhecida por mecânica quântica, essa teoria revolucionária da física moderna surgiu durante os primeiros anos do século XX, sendo o físico Max Planck (1858 – 1947) um dos pioneiros a desenvolver os seus princípios básicos, e que contrariam grande parte das leis fundamentais da física clássica. Planck foi o responsável, por exemplo, pela criação da “constante de Planck” (E = h.v).

No entanto, foi Albert Einstein, o criador da Teoria da Relatividade, que batizou a equação de Planck de quantum (palavra latina que significa “quantidade”) pela primeira vez. Quântico é uma referência ao evento físico da quantização, que consiste na alteração instantânea dos elétrons que contém um nível mínimo de energia para um superior, caso sejam aquecidos.

Mesmo que a teoria da física quântica esteja focada nos fenômenos microscópicos, estes são refletidos em todos os aspectos macroscópicos, uma vez que todas as coisas no universo são feitas a partir de moléculas, átomos e demais partículas subatômicas.

Ao longo do século XX, vários cientistas e físicos contribuíram para o desenvolvimento da teoria física quântica, como: Werner Heisenberg (1901 – 1976), Louis de Broglie (1892 – 1987), Niels Bohr (1885 – 1962), Erwin Schrödinger (1887 – 1961), Max Born (1882 – 1970), John von Neumann (1903 – 1957), Richard Feynman (1918 – 1988), Wolfgang Pauli (1900 – 1958), entre outros.

A partir de então, a física quântica se tornou a teoria base de vários outros ramos da física e da química, como a física atômica, física nuclear, física molecular, química quântica, física de partículas e etc. Aliás, os princípios da física quântica também são aplicados em vários setores do conhecimento humano, revolucionando não apenas as Ciências Exatas, mas também correntes filosóficas.

A principal ligação entre a física quântica e os conceitos filosóficos e espirituais, de acordo com os defensores desta relação, está na condição de casualidade e incerteza desta teoria, que diz ser possível a existência de duas situações diferentes e simultâneas para determinado corpo subatômico.

Esse princípio foi observado na física quântica a partir da chamada "dualidade onda-partícula", ou seja, quando uma partícula se comporta ora como partícula e ora como uma onda, afirmação esta totalmente anormal perante a física clássica.

Partindo desta ideia, por exemplo, surgem diversas hipóteses teóricas de estudo, como a “teoria dos vários mundos”, que diz ser possível a existência de diversas realidades alternativas para cada indivíduo.

Física quântica e a espiritualidade

Essa relação é polêmica, pois consiste no debate entre dois núcleos distintos, sendo um formado pelos que defendem a veracidade da influência quântica no plano espiritual, e outro que nega totalmente o uso da mecânica quântica como modo de explicar a espiritualidade.

Para os que defendem a existência de uma relação entre a física quântica e o espiritual, a força do pensamento humano poderia exercer um grande poder sobre a realidade individual de cada pessoa, sendo ela, com as corretas indicações, capaz de alterar o mundo ao seu redor.

Física quântica e o pensamento

Vários físicos de renome internacional relacionam os princípios da física quântica com as teorias sobre a consciência humana e o poder do pensamento como “construtor” da realidade.

Em suma, a mente humana teria uma capacidade profunda de influenciar na disposição das micropartículas atômicas ao redor das pessoas, do modo como elas se comportam e como elas constroem a realidade de cada indivíduo. Para os estudiosos que acreditam nesta ideia, as intenções das pessoas influenciariam a construção da realidade.

 

MECÂNICA QUÂNTICA

É um ramo fundamental da física com vasta aplicação. A teoria quântica fornece descrições precisas para muitos fenômenos previamente inexplicados tais como a radiação de corpo negro e as órbitas estáveis do elétron. Apesar de na maioria dos casos a Mecânica Quântica ser relevante para descrever sistemas microscópicos, os seus efeitos específicos não são somente perceptíveis em tal escala.

Por exemplo, a explicação de fenômenos macroscópicos como a super fluidez e a supercondutividade só é possível se considerarmos que o comportamento microscópico da matéria é quântico. A quantidade característica da teoria, que determina quando ela é necessária para a descrição de um fenômeno, é a chamada constante de Planck, que tem dimensão de momento angular ou, equivalentemente, de ação.

A mecânica quântica recebe esse nome por prever um fenômeno bastante conhecido dos físicos: a quantização. No caso dos estados ligados (por exemplo, um elétron orbitando em torno de um núcleo positivo) a Mecânica Quântica prevê que a energia (do elétron) deve ser quantizada. Este fenômeno é completamente alheio ao que prevê a teoria clássica.

Há pouco mais de cem anos, o físico Max Planck, considerado conservador, tentando compreender a energia irradiada pelo espectro da radiação térmica, expressa como ondas eletromagnéticas produzidas por qualquer organismo emissor de calor, a uma temperatura x, chegou, depois de muitas experiências e cálculos, à revolucionária ‘constante de Planck’, que subverteu os princípios da física clássica.

Este foi o início da trajetória da Física ou Mecânica Quântica, que estuda os eventos que transcorrem nas camadas atômicas e sub-atômicas, ou seja, entre as moléculasátomoselétronsprótons,pósitrons, e outras partículas. Planck criou uma fórmula que se interpunha justamente entre a Lei de Wien – para baixas freqüências – e a Lei de Rayleight – para altas frequências -, ao contrário das experiências tentadas até então por outros estudiosos.

Albert Einsten, criador da Teoria da Relatividade, foi o primeiro a utilizar a expressão quantum para a constante de Planck.

 E = hv

E = energia

h = constante de Planck

v = frequência da radiação emitida

Observação: a constante de Planck vale aproximadamente = 6.62 x 10-34J. s

Em uma pesquisa publicada em março de 1905 sobre as consequências dos fenômenos fotoelétricos, quando desenvolveu o conceito de fóton. Este termo se relaciona a um evento físico muito comum, a quantização – um elétron passa de uma energia mínima para o nível posterior, se for aquecido, mas jamais passará por estágios intermediários, proibidos para ele, neste caso a energia está quantizada, a partícula realizou um salto energético de um valor para outro. Este conceito é fundamental para se compreender a importância da física quântica.

Seus resultados são mais evidentes na esfera macroscópica do que na microscópica, embora os efeitos percebidos no campo mais visível dependam das atitudes quânticas reveladas pelos fenômenos que ocorrem nos níveis abaixo da escala atômica. Esta teoria revolucionou a arena das ideias não só no âmbito das Ciências Exatas, mas também no das discussões filosóficas vigentes no século XX.

No dia-a-dia, mesmo sem termos conhecimento sobre a Física Quântica, temos em nossa esfera de consumo muitos de seus resultados concretos, como o aparelho de CD, o controle remoto, os equipamentos hospitalares de ressonância magnética, até mesmo o famoso computador.

Física Quântica envolve conceitos como os de partícula – objeto com uma mínima dimensão de massa, que compõe corpos maiores - e onda – a radiação eletromagnética, invisível para nós, não necessita de um ambiente material para se propagar, e sim do espaço vazio. Enquanto as partículas tinham seu movimento analisado pela mecânica de Newton, as radiações das ondas eletromagnéticas eram descritas pelas equações de Maxwell. No início do século XX, porém, algumas pesquisas apresentaram contradições reveladoras, demonstrando que os comportamentos de ambas podem não ser assim tão diferentes uns dos outros. Foram essas ideais que levaram Max Planck à descoberta dos mecanismos da Física Quântica, embora ele não pretendesse se desligar dos conceitos da Física Clássica.

A conexão da Mecânica Quântica com conceitos como a não-localidade e a causalidade, levou esta disciplina a uma ligação mais profunda com conceitos filosóficos, psicológicos e espirituais. Hoje há uma forte tendência em unir os conceitos quânticos às teorias sobre a Consciência.

Físicos como o indiano Amit Goswami se valem dos conceitos da Física moderna para apresentar provas científicas da existência da imortalidade, da reencarnação e da vida após a morte. Professor titular da Universidade de Física de Oregon, Ph.D em física quântica, físico residente no Institute of Noetic Sciences, suas idéias aparecem no filme Quem somos nós? e em obras como A Física da AlmaO Médico Quântico, entre outras. Ele defende a conciliação entre física quântica, espiritualidade, medicina, filosofia e estudos sobre a consciência. Seus livros estão repletos de descrições técnicas, objetivas, científicas, o que tem silenciado seus detratores.

Fritjof Capra, Ph.D., físico e teórico de sistemas, revela a importância do observador na produção dos fenômenos quânticos. Ele não só testemunha os atributos do evento físico, mas também influencia na forma como essas qualidades se manifestarão. A consciência do sujeito que examina a trajetória de um elétron vai definir como será seu comportamento. Assim, segundo o autor, a partícula é despojada de seu caráter específico se não for submetida à análise racional do observador, ou seja, tudo se interpenetra e se torna interdependente, mente e matéria, o indivíduo que observa e o objeto sob análise. Outro renomado físico, prêmio Nobel de Física, Eugen Wingner, atesta igualmente que o papel da consciência no âmbito da teoria quântica é imprescindível.

Observação: As Unidades Atômicas (português brasileiro) ou Unidades Atómicas (português europeu) (ua) formam um sistema de unidades conveniente para a física atômicaeletromagnetismomecânica e eletrodinâmica quânticas, especialmente quando nos interessamos nas propriedades dos elétrons. Há dois tipos diferentes de unidades atômicas, denominadas unidades atômicas de Hartree e unidades atômicas de Rydberg, que diferem na eleição da unidade de massa e carga. Neste artigo trataremos sobre as unidades atômicas de Hartree. Em ua, os valores numéricos das seguintes seis constantes físicas se definem como a unidade:

- Duas propriedades:  do elétron, a massa e carga.

- Duas propriedades: do átomo de hidrogênio, o raio de Bohr e o valor absoluto da energia potencial elétrica no estado fundamental.

- Duas constantes: constante de Planck reduzida ou constante de Dirac e a constante da Lei de Coulomb.

 

Três princípios revolucionários

A mecânica quântica desenvolveu ao longo muitas décadas, um conjunto de explicações matemáticas controversos de experimentos que a matemática da mecânica clássica não conseguiu explicar.

A mecânica quântica começou na virada do século 20, em torno do mesmo tempo em que Albert Einstein publicou a teoria da relatividade, uma revolução matemática separados em física que descreve o movimento das coisas em altas velocidades. Ao contrário de relatividade, no entanto, as origens da mecânica quântica não pode ser atribuída a qualquer cientista. Em vez disso, vários cientistas contribuíram para a fundação de três princípios revolucionários que, gradualmente, ganharam aceitação e verificação experimental entre 1900 e 1930.

São eles:

1 - Propriedades quantificados:

Certas propriedades, como posição, velocidade e cor, às vezes pode ocorrer apenas em quantidades específicas, conjunto, muito parecido com um mostrador que “cliques” de número para número. Este desafiou um pressuposto fundamental da mecânica clássica, que disse que tais propriedades devem existir em um espectro suave e contínua. Para descrever a ideia de que algumas propriedades “acessado” como um mostrador com configurações específicas, os cientistas cunhou a palavra “quantificado”.

2 - Partículas de luz:

A luz às vezes pode se comportar como uma partícula. Este foi inicialmente encontrou-se com duras críticas, uma vez que correu ao contrário do 200 anos de experiências que mostram que a luz se comportava como uma onda; tanto como ondas na superfície de um lago calmo. A luz se comporta de forma semelhante em que ele salta fora das paredes e curvas em torno dos cantos, e que as cristas e depressões da onda pode adicionar ou cancelar fora. cristas das ondas Adicionado resultar em uma luz mais brilhante, enquanto as ondas que anulam produzir escuridão. Uma fonte de luz pode ser pensado como uma bola num pau ritmicamente ser mergulhado no centro de um lago. A cor emitida corresponde à distância entre as cristas, que é determinada pela velocidade do ritmo da bola.

3 - Ondas de matéria:

a matéria também pode se comportar como uma onda. Isso contrariava cerca de 30 anos de experiências que mostravam que a matéria (como elétrons) existe como partículas.

Propriedades quantificados?

Em 1900, o físico alemão Max Planck procurou explicar a distribuição das cores emitidas sobre o espectro no brilho dos objetos em brasa e branco-quente, tais como filamentos da ampola. Ao fazer sentido físico da equação que tinha derivado para descrever esta distribuição, Planck realizou implicava que as combinações de apenas determinadas cores (embora um grande número deles) foram emitidos, especificamente aqueles que estavam por um número inteiro múltiplos de algum valor base. De alguma forma, as cores foram quantificados! Isto era inesperado porque a luz foi entendido para atuar como uma onda, o que significa que os valores de cor deve ser um espectro contínuo.

O que poderia ser proibindo átomos de produzir as cores entre esses múltiplos de número inteiro?

Isso parecia tão estranho que Planck considerado quantização como nada mais do que um truque matemático.

A equação de Planck também contém um número que mais tarde se tornaria muito importante para o desenvolvimento futuro da mecânica quântica.

Hoje, é conhecida como “constante de Planck.”

A quantização ajudaram a explicar outros mistérios da física.

Em 1907, Einstein usou hipótese da quantização de Planck para explicar por que a temperatura de um sólido alterado por quantidades diferentes se você colocar a mesma quantidade de calor no material, mas mudou a temperatura de partida.

Desde o início de 1800, a ciência da espectroscopia mostraram que diferentes elementos emitem e absorvem cores específicas de luz chamados “linhas espectrais.”

Embora a espectroscopia era um método confiável para determinar os elementos contidos nos objetos como estrelas distantes, os cientistas ficaram intrigados sobre por que cada elemento emitia essas linhas específicas em primeiro lugar.

Em 1888, Johannes Rydberg derivada uma equação que descreve as linhas espectrais emitidas pelo hidrogênio, embora ninguém poderia explicar por que a equação funcionou.

Isso mudou em 1913, quando Niels Bohr aplicado hipótese da quantização de Planck ao modelo de Ernest Rutherford 1911 “planetária” do átomo, que postulava que os elétrons orbitavam o núcleo da mesma forma que os planetas orbitam o sol.

De acordo, Bohr propôs que os elétrons eram restritos a órbitas “especiais” ao redor do núcleo do átomo. Eles podem “pular” entre as órbitas especiais, e a energia produzida pelo salto causada cores específicas de luz, observados como linhas espectrais. Embora propriedades quantificados foram inventados como, mas um mero truque matemático, explicaram tanto que se tornou o princípio fundador da mecânica quântica.

Mecânica Quântica – Física

 Mecânica Quântica

A mecânica quântica é um ramo da física que lida com a estrutura eo comportamento de pequenos pedaços de matéria.

A mecânica quântica, também conhecido como a física quântica ou teoria quântica, incluindo a teoria quântica de campos, é um ramo fundamental da física que se preocupa com os processos que envolvem, por exemplo, átomos e fótons.

Em tais processos, que dizem ser quantificado, a ação foi observado para ser apenas em múltiplos inteiros da constante de Planck. Isso é absolutamente inexplicável na física clássica.

A mecânica quântica, gradualmente, surgiu a partir de solução de Max Planck em 1900 para o problema de corpo negro de radiação (relatado 1859) e papel de Albert Einstein em 1905, que ofereceu uma teoria baseada quântica para explicar o efeito fotoelétrico (relatado 1887). a teoria quântica no início foi profundamente repensado em meados da década de 1920.

A teoria reconcebida foi formulado em diversos formalismos matemáticos especialmente desenvolvidas. Em um deles, uma função matemática, a função de onda, fornece informações sobre a amplitude de probabilidade de posição, impulso, e outras propriedades físicas de uma partícula.

Aplicações importantes da teoria da mecânica quântica incluem ímãs supercondutores, diodos emissores de luz e laser, o transistor e semicondutores, como a imagiologia microprocessador, e pesquisa médica, tais como ressonância magnética e microscopia eletrônica, e explicações para muitos fenômenos biológicos e físicos

Mecânica Quântica – Teoria

 Mecânica Quântica

A teoria quântica, geralmente chamada – ainda que de forma bastante restritiva – mecânica quântica ou teoria dos quanta, é a teoria física que descreve o comportamento dos objetos atômicos e subatômicos (como elétrons, fótons e partículas em geral).

É também comum dizer que a teoria regula o comportamento desses “microobjetos” e outros similares a eles. O que é verdade, já que a teoria foi idealizada precisamente para eles. Mas, na verdade, atualmente se conhecem também vários exemplos de “macroobjetos” (como lasers, supercondutores, superfluidos) que necessitam da teoria quântica para serem tratados adequadamente.

Enquanto que a elaboração da relatividade se deve essencialmente a uma única pessoa (Einstein), a mecânica quântica foi desenvolvida, em etapas sucessivas, por vários físicos: Plank, Einstein, Bohr, de Broglie, Heisenberg, Schrödinger, Born, von Neumann, Pauli e Dirac.

Entre as teorias modernas, a mecânica quântica é a que mais tem contribuído a uma revisão profunda de algumas categorias fundamentais do nosso pensamento.

Trata-se, no entanto, de mudanças conceituais, que ainda não são totalmente conhecidas da cultura geral.

Sem dúvida, o obstáculo principal se encontra nos instrumentos matemáticos – freqüentemente pouco usuais e abstratos – característicos da teoria. Por outro lado, é muito difícil tornar compreensível o sentido da “revolução quântica”, prescindindo de todos os conceitos matemáticos em jogo.

1 - INFORMAÇÕES MAXIMAIS E ESTADOS PUROS

Podemos dizer que a primeira de todas as “estranhezas” da mecânica quântica é o conceito de estado puro de um microobjeto.

O que é um estado puro?

Para começar, seguiremos a axiomatização da teoria quântica proposta por Johann von Neumann (no livro Os fundamentos matemáticos da mecânica quântica).

Toda teoria física (como a mecânica clássica, o eletromagnetismo, a relatividade geral, a mecânica quântica) descreve sistemas físicos, que podem assumir estados diversos e que podem ser objeto de observações. Em geral, realizamos uma observação efetuando uma medida de uma ou mais grandezas físicas, que devem ser simultaneamente mensuráveis ou – como também se diz – “compatíveis” entre si.

A pergunta geral que propôs von Neumann é a seguinte: como escolher um representante matemático adequado para o chamado espaço das observações?

 Para entender o sentido desta expressão, devemos recordar que, na mecânica clássica, partimos de um determinado espaço abstrato chamado “espaço das fases”, cujos pontos representam estados puros do sistema estudado. Um “estado puro” corresponde a um máximo de informação referente ao sistema, ou seja, a uma informação que não pode ser estendida – sem contradições – de forma que se torne mais rica (com respeito a um conjunto de parâmetros considerados relevantes). Como se costuma dizer metaforicamente, nem sequer uma “mente onisciente” poderia estender essa informação maximal a um conhecimento mais completo.

Por exemplo, se se trata de um sistema constituído por uma única partícula pontual clássica, um estado puro estará representado por uma sucessão de 6 números reais r1,…, r6 onde os primeiros três números representam as três coordenadas da grandeza posição, enquanto que os últimos três correspondem aos componentes da quantidade de movimento (que é o produto da massa pela velocidade).

Assim, o espaço das fases se identifica com o conjunto de todas as sucessões de 6 números reais. No caso de sistemas compostos por um certo número N de partículas, bastará passar a sucessões constituídas por 6N números (6 números para cada uma das partículas).

Como eleger um representante matemático adequado para o conceito de propriedade física que pode permitir nosso sistema?

Em geral, uma propriedade física interessante corresponde a uma afirmação do tipo: “o valor de tal magnitude está dentro de tal conjunto de possíveis valores”.

Por exemplo, podemos nos perguntar: a partícula da qual nos ocupamos está localizada em tal região do espaço? Qualquer estado possível permite responder de uma forma precisa (sim/não) a uma pergunta deste tipo.

Disso se deriva que toda propriedade física determina univocamente um conjunto de estados puros: o conjunto dos estados que verificam a tal propriedade.

Um tal objeto matemático constitui um bom representante abstrato para a propriedade correspondente. Sobre esta base, tem sentido identificarmos os representantes matemáticos das possíveis propriedades físicas do sistema com os subconjuntos do espaço das fases.

Conseqüentemente, cada um dos subconjuntos P do espaço das fases pode ser visto como uma propriedade física abstrata, que qualquer estado puro s pode verificar ou falsear.

Dizemos que:

  1. O estado puro s verifica a propriedade P quando s pertence a P;
  2. O estado puro s falseia a propriedade P quando s não pertence a P.

Na mecânica clássica, portanto, os estados puros sempre representam informações logicamente completas, que decidem todas as propriedades relevantes do sistema.

Se um único observador tem conhecimentos vagos acerca das propriedades de um sistema físico, isso quer dizer que ele não sabe exatamente qual estado puro se associa ao sistema. Porém, “na mente de Deus” os estados puros sempre decidirão cada uma das propriedades possíveis.

2 - O PRINCÍPIO DE INCERTEZA DE HEISENBERG

Essa construção matemática é transferível ao caso da mecânica quântica?

Não, porque uma peculiaridade da mecânica quântica é a divergência entre maximalidade e completude lógica: uma informação pode ser maximal sem ser logicamente completa.

De fato, segundo o princípio de incerteza, estabelecido por Werner Heisenberg, existem pares de propriedades que não são decidíveis simultaneamente. Por exemplo, se um estado puro atribui um valor preciso à grandeza posição, então todas as propriedades correspondentes a valores precisos para a grandeza quantidade de movimento deverão estar indeterminadas.

A posição e a quantidade de movimento constituem um par característico de “grandezas incompatíveis”, que não podem ser medidas simultaneamente com a máxima precisão. Disso se deriva que os estados puros da teoria quântica não podem ser identificados com pontos no espaço das fases que, por definição, atribuem valores precisos tanto à posição como à quantidade de movimento.

Retomando a nossa metáfora, nem sequer uma “mente onisciente”, que tivera um conhecimento maximal acerca de um sistema físico poderia decidir todas as propriedades relevantes. Como observa Gian Carlo Ghirardi (no livro Un’occhiata alle carte di Dio – Uma olhada nas cartas de Deus), uma característica, a primeira vista estranha, de dois objetos macroscópicos é a de não poder ter “muitas propriedades” ao mesmo tempo.

3 - O ESPAÇO DE HILBERT

No formalismo matemático da mecânica quântica, o espaço das fases clássico é substituído por um espaço abstrato diferente, denominado espaço de Hilbert.

Nesse novo contexto, os estados puros de um sistema físico são representados matematicamente pelas chamadas funções de onda, ou por vetores de longitude unitária no espaço de Hilbert correspondente.

A partir dessa base, imediatamente surgi uma diferença fundamental entre o caso da mecânica clássica e o da mecânica quântica.

Na mecânica de partículas clássica vale o princípio do terceiro excluído:

Toda propriedade física é verdadeira ou falsa com respeito a qualquer estado puro.

Tertium non datur! (não há um terceiro caso).

Na mecânica quântica, por outro lado, a função de onda de um sistema físico permite associar cada propriedade P, que corresponde à pergunta “o valor de tal grandeza cai dentro de tal conjunto?”, apenas a um valor de probabilidade.

Obtemos assim uma situação semântica polivalente característica, que constitui uma “refutação” do princípio semântico do terceiro excluído.

São possíveis pelo menos três casos:

  1. Um estado puro s verifica uma propriedade P, porque s associa a P um valor de probabilidade 1;
  2. O estado puro s falseia P, porque s associa a P um valor de probabilidade 0;
  3. No estado puro s a propriedade P permanece indeterminada, porque s associa a P um valor de probabilidade distinto tanto de 1 como de 0.

Tertium datur! (há um terceiro caso)

Estamos em um mundo muito diferente do clássico.

Fonte: www.livescience.com/www.colegiosaofrancisco.com.br

5 conceitos para você começar a entender a Mecânica Quântica

A mecânica quântica é o ramo da física que estuda os objetos em escala muito pequenas, e a física moderna é dominada pelos seus conceitos.

Durante o século passado, o mundo físico era explicado de acordo com os princípios da mecânica clássica, ou newtoniana. No entanto, no final do século, essa mecânica já não era suficiente para explicar alguns questionamentos que começaram a aparecer. Por isso, foram desenvolvidas as Teorias da Relatividade e da Mecânica Quântica.

A Relatividade é a teoria que descreve a física de objetos muito maciços e de alta velocidade, enquanto a Mecânica Quântica, ou Física Quântica, estuda a física de objetos muito pequenos.

Muitas das equações da mecânica clássica, que descrevem como as coisas se movem em tamanhos e velocidades no nosso cotidiano, deixam de ser úteis na escala de átomos e elétrons, que agora pode ser explicada pelos princípios da mecânica quântica.

1 - As partículas são ondas, e vice-versa

Na escala macroscópica, estamos habituados a dois tipos de fenômenos: ondas e partículas.

As partículas ocupam determinado lugar no espaço, transportando massa e energia à medida que se movem. Já as ondas se propagam por todo o espaço, transportando energia à medida que se movem, mas sem massa.

Quando as partículas colidem, elas assumem trajetórias definidas, que podem ser calculadas por meio das leis de movimento de Newton. Já as ondas, quando passam por fendas, geram novas ondas, que ao colidir, podem se reforçar ou se anular.

Porém, na mecânica quântica, essa distinção entre ondas e partículas já não existe. Os objetos que normalmente vemos como partículas, como os elétrons, podem comportar-se como ondas em certas situações, enquanto objetos que normalmente pensamos como ondas, como a luz, podem comportar-se como partículas.

Assim, os elétrons podem criar padrões de difração de onda ao passar por fendas estreitas, assim como as ondas surgem em um lago quando jogamos uma pedra na água. Por outro lado, o efeito fotoelétrico (ou seja, a absorção de luz por elétrons em objetos sólidos) só pode ser explicado se a luz estiver como partícula.

Tais ideias levaram De Broglie a concluir que todas as entidades tinham aspectos de onda e de partículas, e que diferentes aspectos eram manifestados de acordo com o tipo de processo submetido. Isso se tornou conhecido como o Princípio da Dualidade Partícula-onda.

2 - Tudo que podemos saber são probabilidades

Quando os físicos usam a mecânica quântica para prever os resultados de uma experiência, a única coisa que podem prever é a probabilidade de detectar um dos possíveis resultados.

Por exemplo, se fizermos um experimento onde um elétron irá parar no lugar A ou B, ao fim, poderemos dizer que existe uma probabilidade de 17% de encontrá-lo no ponto A e uma probabilidade de 83% de encontrá-lo no ponto B. Porém, nunca poderemos dizer com certeza que o elétron definitivamente acabará em A ou em B.

Não importa quão cuidadoso seja o preparo de cada elétron, não poderemos saber definitivamente qual será o resultado do experimento. Cada elétron é uma experiência completamente nova, e o resultado final é aleatório.

3 - A medição determina a realidade

Até o momento em que o estado exato de uma partícula quântica é medido, esse estado é indeterminado. Somente depois que a medição é feita, o estado da partícula será determinado, e todas as medidas subsequentes naquela partícula produzirão exatamente o mesmo resultado.

Esse é problema que inspirou o experimento de Erwin Schrödinger, do gato na caixa que pode estar vivo e morto ao mesmo tempo.

O experimento com uma fenda dupla confirma essa indeterminação. Até que a posição do elétron seja medido no lado oposto da fenda, ele poderá existir em todos os caminhos possíveis.

Uma partícula quântica pode e vai ocupar vários estados até o momento em que for medida, e após sua medição ela existirá em apenas um estado.

4 - As correlações quânticas não são locais

Uma das consequências mais estranhas e mais importantes dessa física é a ideia de "emaranhamento quântico".

Quando duas partículas quânticas interagem, seus estados irão depender um do outro, independentemente de quão distantes estejam.

Você pode segurar uma partícula no Brasil e enviar a outra para Portugal, e depois medi-las simultaneamente. O resultado da medição no Brasil determinará o resultado da medida em Portugal e vice-versa.

A correlação entre esses estados não pode ser descrita por qualquer teoria local, na qual as partículas possuem estados definidos.

Esses estados são indeterminados até o instante em que um é medido, porém no momento em que os estados de ambos forem determinados, não importa o quão distante eles estejam.

Isso foi confirmado experimentalmente dezenas de vezes ao longo dos últimos trinta anos, com átomos pares, e cada nova experiência reforçou essa teoria.

Apesar da medida em Portugal determinar o estado de uma partícula no Brasil, o resultado de cada medida será completamente aleatório.

Não há como manipular a partícula portuguesa para produzir um resultado específico no Brasil. A correlação entre as medidas só será evidente após a ação, quando os dois resultados forem comparados, e esse processo deve ocorrer em velocidades mais lentas do que a da luz.

5 - A física quântica é real

Apesar da mecânica quântica ter muitos recursos que desafiam nossa intuição clássica, como os estados indeterminados, medidas probabilísticas e efeitos não locais, ela ainda está sujeita à regras.

Por mais estranhas que sejam suas previsões, a mecânica quântica não contraria os princípios fundamentais da física. Ou seja, você não pode explorar os efeitos quânticos para construir uma nave que viaje na velocidade da luz, ou inventar a telepatia.

A mecânica quântica é uma ciência matemática rigorosa e precisa, e todo efeito que você ouve sobre ela é real e confirmado por experiências.

E onde encontro a física quântica no meu dia-a-dia?

A física quântica está ao nosso redor, e determina tudo sobre o mundo em que vivemos. O brilho vermelho no metal quando aquecido e a cor da luz de uma lâmpada de néon são devidos à natureza quântica da luz e dos átomos.

O próprio Sol é alimentado pela física quântica! Se não fosse pelo efeito quântico conhecido como "tunelamento", o Sol não seria capaz de fundir hidrogênio em hélio, produzindo a luz que permite a vida na Terra.

Além disso, os computadores modernos que temos são construídos em chips de silício, que contém milhões de pequenos transistores. Sem entender a física quântica de como átomos e elétrons agem, seria impossível construir um único transistor, e muito menos milhões deles.

As redes de telecomunicações modernas, como a Internet, também dependem da Mecânica Quântica. Nelas, as informações são transmitidas por meio de pulsos de luz que viajam por cabos de fibra óptica.

Esses pulsos de luz são produzidos por lasers de diodo, que usam pequenos chips de semicondutores para gerar feixes intensos de luz. A construção dos lasers que carregam a Internet seria impossível sem entender a física quântica dos semicondutores e a natureza quântica da luz.

Ou seja, muito da tecnologia que temos hoje em dia existe graças à Mecânica Quântica.

 

NASCIMENTO DA MECÂNICA QUÂNTICA – RESOLVIDAS

01) O espectro da radiação térmica era algo que sempre intrigava os estudiosos pelo fato de nunca ter sido, de fato, desvendado. Quem foi o responsável pelo estudo mais aprofundado do tema e qual sua importância para a física moderna?

Resolução:

O responsável pelo estudo mais denso da radiação térmica foi o físico alemão Robert Kirchhoff. Ele postulou duas leis importantes que contribuíram muito para os estudos da física moderna.

Na primeira lei, ele relaciona a temperatura do corpo e a radiação emitida.

Na segunda, ele introduz o conceito de radiação do corpo negro.

 

02) A partir de qual momento da história da física moderna, nasce a mecânica quântica?

Resolução:

A mecânica quântica nasce a partir do momento em que Max Planck se revolta por não conseguir decifrar matematicamente os gráficos gerados a partir da radiação muito intensa do corpo negro que proporcionava gráficos para diferentes temperaturas. Planck resolve inverter o processo de análise da radiação do corpo negro e encontra, então, o resultado matemático desejado. Além de poder explicar de forma concreta o fato, Planck também descobriu durante o processo uma constante que, em sua homenagem, é conhecida como constante de Planck.

 

03) (UFC) Quanto ao número de fótons existentes em 1 joule de luz verde, 1 joule de luz vermelha e 1 joule de luz azul, podemos afirmar, corretamente, que:

(A) Existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz vermelha e existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz azul.

(B) Existem mais fótons em 1 joule de luz vermelha que em 1 joule de luz verde e existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz azul.

(C) Existem mais fótons em 1 joule de luz azul que em 1 joule de luz verde e existem mais fótons em 1 joule de luz vermelha que em 1 joule de luz azul.

(D) Existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz azul e existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz vermelha.

(E) Existem mais fótons em um joule de luz vermelha que em 1 joule de luz azul e existem mais fótons em 1 joule de luz azul que em 1 joule de luz verde.

Resolução:

A energia de um joule é dada por E = h.f

Para n fótons, temos: E = n.h.f

Para as luzes: verde, vermelha e azul, temos: E = 1 joule.

Sendo: fverm < fverde < fazul

Vem: nverm > nverde > nazul

Alternativa: B

 

04) (Vunesp - SP) Conforme a teoria dos quanta, a luz é emitida e absorvida descontinuadamente, em pequenos pacotes chamados fótons, cuja quantidade de energia é proporcional à frequência da luz. Explique por que o olho humano não é sensibilizado por luz infravermelha intensa, embora um pequeno número de fótons o sensibilize na cor amarela.

Resolução:

Isso acontece porque a frequência do infravermelho está abaixo da faixa de frequência visível do olho humano.

 

FÍSICA NUCLEAR

Professor David

 

Física Nuclear  - É a área da física que estuda os constituintes e interações dos núcleos atômicos. As aplicações mais conhecidas da física nuclear são a geração de energia nuclear e tecnologia de armas nucleares, mas a investigação tem proporcionado aplicação em muitos campos, incluindo aqueles em medicina nuclear e ressonância magnética, implantação de íons em engenharia de materiais, e datação por radiocarbono em geologia e arqueologia.

Observação: o campo da física de partículas evoluiu a partir da física nuclear e, normalmente, é ensinado em estreita associação com a física nuclear.

Desde a antiguidade havia a ideia de que se quebrássemos um pedaço de qualquer objeto muitas vezes chegaríamos a um ponto em que não seria mais possível quebrá-lo. Surge então a ideia de que existiria o átomo, que significa indivisível. Conforme avançamos no conhecimento da natureza, os modelos de átomo foram aperfeiçoados até chegarmos ao modelo atual, onde temos não uma esfera indivisível, mas um sistema formado por várias partículas diferentes. Na parte externa temos os elétrons, partículas com carga negativa e massa muito pequena em relação às outras. No núcleo temos principalmente prótons com carga positiva e nêutrons com carga neutra. Esse modelo foi criado por Ernest Rutherford e aprimorado por Niels Bohr.

A partir das descobertas do início do século, descobriu-se que o núcleo do átomo é formado por outras partículas e é mais complexo do que imaginava-se.

O que Física Nuclear estuda

Se classificarmos todas as forças que existem, teremos quatro grandes grupos:

  • Força Gravitacional - Atração entre corpos responsável pela órbita dos planetas ou pela queda de uma fruta.
  • Forças Eletromagnéticas - Dá origem aos imãs, aos fenômenos elétricos, às reações químicas, etc.
  • Força Nuclear Fraca - Produz o decaimento  em que um elétron é emitido do núcleo.
  • Força Nuclear Forte - Responsável por manter as partículas do núcleo unidas, mesmo com cargas elétricas iguais.

Física Nuclear estuda as reações que ocorrem nos núcleos dos átomos. Eles não são tão estáveis e indivisíveis quanto os antigos pensavam que um átomo seria. Muitos fenômenos ocorrem produzindo variados efeitos. Alguns elementos da tabela periódica por exemplo só existem durante alguns segundos até que reações nucleares o transformem em outros elementos.

Entre as aplicações mais conhecidas da Física Nuclear esta geração de energia elétrica em usinas nuclearesReações nucleares de fissão controladas produzem calor aquecendo água que movimenta turbina para produzir eletricidade. Na medicina os Raios X permitem enxergar ossos e outras partes do interior do corpo humano; tratamentos de câncer utilizam efeitos nucleares como arma para combater os tumores (radiologia); elementos radioativos (que emitem partículas ou radiações) são usados para estudos do cérebro e outras partes do corpo. A Física Nuclear também pode ser usada para produzir os armamentos mais destrutivos da história, as bombas nucleares

 

Principais teorias

Einstein incorporou a existência do átomo em suas teorias. Até então o átomo era visto como uma suposição teórica sem prova material. O físico alemão também formulou a teoria pela qual matéria e energia são equivalentes.

Segundo ele:

E = m . c²

Onde:

E = energia
m = massa
c = velocidade da luz

Através da fórmula podemos calcular quanta energia existe em um objeto de massa m.

Como massa e energia são equivalentes, o Princípio da Conservação da Massa se resume ao Príncípio da Conservação da Energia segundo o qual em um sistema fechado a Energia não pode ser criada nem destruída, ela apenas se transforma.

quebra de um núcleo atômico resulta em novos núcleos e produz uma grande liberação de energia porque a massa total dos novos elementos é menor que a do núcleo original. A massa que sobra é emitida sob a forma de energia. Isto é chamado de Fissão Nuclear. Essa é a base do funcionamento de Usinas Nucleares, com a fissão controlada para produzir eletricidade, e também é o princípio das primeiras bombas atômicas.

Quando átomos de hidrogênio se juntam para formar um átomo de hélio, existe grande perda de massa que é transformada em energia. Esta é a Fusão Nuclear, processo que gera a luz e calor do Sol e que é usado na mais poderosa arma já criada pelo homem: a bomba de Hidrogênio. Ele só ocorre em locais de altíssima temperatura e pressão. Atualmente pesquisadores estudam formas de utilizar a Fusão para produzir eletricidade.

Ao estudar as partículas que compõe a matéria, a Física Nuclear se aproxima de outra área: a Física de Partículas. Esta investiga quais são e como se comportam as partículas que compõe o Universo mostrando de forma muito clara que o átomo, o seu núcleo ou mesmo prótons ou nêutrons não são indivisíveis.

 

FISSÃO NUCLEAR

Fissão nuclear - É o processo em que se “bombardeia” o núcleo de um elemento radioativo, com um nêutron. Essa colisão resulta na criação de um isótopo do átomo, totalmente instável, que se quebra formando dois novos elementos e liberando grandes quantidades de energia.

FUSÃO NUCLEAR

Fusão nuclear - Ocorre quando dois ou mais núcleos de um mesmo elemento se fundem e formam outro elemento, liberando energia. Um exemplo de fusão nuclear é o que acontece o no interior das estrelas, quando quatro núcleos de hidrogênio se fundem para formar um átomo de hélio. Esse processo libera uma quantidade de energia muito maior do que a liberada no processo de fissão nuclear.

Em 1952, foi criada a bomba H (bomba de hidrogênio), que tinha como reator nuclear a fusão do hidrogênio. Essa incrível arma de destruição gerou, em seu primeiro experimento, uma energia cerca de mil vezes maior do que a bomba A (bomba atômica) de fissão nuclear.

Principal diferença entre o reator de uma bomba atômica

-Reator de uma usina nuclear: essa reação de fissão é controlada, e acontece sempre em quantidades suficientes para aquecer a água, que irá evaporar e girar as turbinas da usina.

- Bomba atômica: essa reação não é controlada.

 

FÍSICA NUCLEAR – RESOLVIDAS

01) Ao sofrer um determinado decaimento radioativo, o elemento carbono 14 transforma-se em nitrogênio 14 segundo a reação mostrada abaixo:

O decaimento sofrido pelo carbono é do tipo:

(A) beta

(B) alfa

(C) gama

(D) eletrônico

(E) magnético

Resolução:

Analisando a reação mostrada no enunciado do exercício, é possível perceber que não há mudança no número de massa (A = 14) antes e após o decaimento, o que indica que a partícula emitida apresenta massa muito pequena. Percebe-se que seu número atômico (carga elétrica) aumenta de Z = 6 para Z = 7, indicando que o carbono 14perde uma carga negativa. Podemos dizer, portanto, que foi emitido um elétron, o que caracteriza um decaimento beta:

Alternativa: A

 

02) O elemento urânio é um radioisótopo físsil, isto é, pode sofrer diversos decaimentos nucleares, formando, assim, novos elementos. Em um desses decaimentos, o urânio dá origem ao elemento tório segundo a reação abaixo:

 

O tipo de decaimento sofrido pelo urânio nessa reação e a partícula X são, respectivamente:

(A) decaimento alfa, elétron

(B) decaimento alfa, núcleo do átomo de hélio

(C) decaimento beta, radiação eletromagnética

(D) decaimento gama, radiação eletromagnética

(E) decaimento alfa, próton

Resolução:

Como o número de massa do elemento urânio cai de 235 para 231, fica fácil perceber que o decaimento sofrido por esse elemento é o decaimento alfa. A partícula emitida, nesse caso, é um núcleo do átomo de hélio, também chamada de partícula alfa, composta por dois nêutrons e dois prótons:

Alternativa: B

 

03) O elemento bário-137 pode sofrer um decaimento como mostrado na reação abaixo:

 

O tipo de decaimento mostrado na reação acima e X são, respectivamente:

(A) decaimento beta, ondas eletromagnéticas

(B) decaimento alfa, núcleo do átomo de hélio

(C) decaimento gama, radiação gama

(D) decaimento alfa, elétrons

(E) decaimento beta, pósitrons

Resolução:

De acordo com a reação mostrada acima, o elemento bário não sofre quaisquer mudanças em sua massa da carga nuclear. Portanto, o resultado desse decaimento é a emissão de ondas eletromagnéticas conhecidas como radiação gama:

Alternativa: C

 

04) Numa reação de fissão nuclear, 1 g de urânio é fissionado, liberando uma quantidade de energia equivalente a:

Dados:

c = 3,0.108 m/s

(A) 4,5.108 J

(B) 3,0.108 J

(C) 9,0.1013 J

(D) 3,0.1016 J

(E) 9,0.1016 J

Resolução:

De acordo com a relação de Einstein, a quantidade de energia obtida no processo de fissão nuclear é equivalente à energia de repouso da matéria, que pode ser calculada por meio da seguinte equação:

E = mc2

Usando a massa que sofreu fissão em kg (1 g = 0,001 kg), teremos o seguinte cálculo:

Alternativa: C

 

USINA NUCLEAR – COM GABARITO

05) (PUC-RIO)

 

http://noticias.terra.com.br/mundo/interna/0,OI979048-EI294,00.html

A charge apresentada, além de lembrar os tristes acontecimentos ocorridos há vinte anos, após o acidente na usina termonuclear de Chernobyl, na Ucrânia, lembra que seus efeitos ainda estão presentes. Ao que parece, os impactos ambientais no continente europeu continuam a causar preocupação em escala mundial. Das opções a seguir, marque a única que NÃO corresponde a uma preocupação relacionada ao uso e à produção desse tipo de matriz energética.

(A) a alta rentabilidade da produção e comercialização de tal energia pode não compensar os eventuais problemas socioambientais e políticos causados pelo vazamento de lixo tóxico das usinas.

(B) os projetos de usinagem termonuclear da atualidade estão ligados, na sua totalidade, a desejos geopolíticos preocupantes de países que têm por objetivo o desenvolvimento de um arsenal nuclear que poderá, dentre outros problemas, acionar conflitos regionais de impactos globais.

(C) os custos na construção de um sistema de proteção das usinas termonucleares são muito superiores aos gastos com a manutenção de usinas hidroelétricas, apesar destas, no continente europeu, dependerem dos aspectos morfoclimáticos.

(D) o perigo de doenças graves causadas pelo contato com produtos agrícolas, água potável, ar atmosférico e outros materiais contaminados por radioatividade fazem com que, constantemente, movimentos políticos diversos e a sociedade civil organizada lutem pela não proliferação da produção e comercialização desse tipo de energia.

(E) o acúmulo de lixo tóxico gerado pelas usinas necessita de cuidados especiais de longo prazo e a proteção permanente para os efeitos nocivos da radioatividade não é consenso entre os pesquisadores.

Alternativa: E

 

02) (UDESC) Sobre a produção de energia nuclear no Brasil, assinale a alternativa incorreta.

(A) Das quarenta usinas já previstas, além de Angra 3 e 4, com capacidade de 1000 MW cada, duas ficarão em Santa Catarina.

(B) As obras de Angra 3 deverão começar até abril de 2009. O maior desafio para a conclusão das obras são as exigências feitas pelo Ministério do Meio Ambiente, entre elas, uma solução definitiva para o lixo de média e alta radioatividade.

(C) A Eletronuclear já se prepara para dar início às obras de Angra 3, cujo projeto está parado há 22 anos

(D) O custo de geração de uma usina nuclear é maior que o de outras fontes, o que pode encarecer o preço médio da energia no país

(E) A energia nuclear responde por uma fatia de 17% da geração elétrica mundial, segundo dados da Eletronuclear de 2006. No Brasil, essa fatia é de 2,5% de acordo com dados do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) também de 2006.

Alternativa: A

 

03) (NEM) A elevação da temperatura das águas de rios, lagos e mares diminui a solubilidade do oxigênio, pondo em risco as diversas formas de vida aquática que dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura acontece por meios artificiais, dizemos que existe poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria natureza do processo de geração de energia, podem causar esse tipo de poluição.

Que parte do ciclo de geração de energia das usinas nucleares está associada a esse tipo de poluição?

(A) Fissão do material radioativo.

(B) Condensação de vapor de água ao final do processo

(C) Conversão de energia das turbinas pelos geradores.

(D) Aquecimento da água líquida para gerar vapor-d’água.

(E) Lançamento do vapor-d’água sobre as pás das turbinas

Alternativa: B

 

FÍSICA ATÔMICA

04) (ENEM) A bomba reduz neutros e neutrinos, e abana-se com o leque da reação em cadeia

ANDRADE, C. D. Poesia completa e prosa.

Rio de Janeiro: Aguilar, 1973 (fragmento).

Nesse fragmento de poema, o autor refere-se à bomba atômica de urânio. Essa reação é dita “em cadeia” porque na

A) fissão do 235U ocorre liberação de grande quantidade de calor, que dá continuidade à reação.

B) fissão de 235U ocorre liberação de energia, que vai desintegrando o isótopo 238U, enriquecendo-o em mais 235

C) fissão do 235U ocorre uma liberação de nêutrons, que bombardearão outros núcleos.

D) fusão do 235U com 238U ocorre formação de neutrino, que bombardeará outros núcleos radioativos.

E) fusão do 235U com 238U ocorre formação de outros elementos radioativos mais pesados, que desencadeiam novos processos de fusão.

Resolução:

Durante uma reação de fissão nuclear, a divisão de um núcleo a partir de um nêutron produz novos elementos e novos nêutrons. Esses novos nêutrons formados são capazes de bombardear outros núcleos e assim sucessivamente.

Alternativa: C

 

05) (UFPE) O programa nuclear do Irã tem chamado a atenção internacional em função das possíveis aplicações militares decorrentes do enriquecimento de urânio. Na natureza, o urânio ocorre em duas formas isotópicas, o U-235 e o U-238, cujas abundâncias são, respectivamente, 0,7% e 99,3%. O U-238 é radioativo, com tempo de meia-vida de 4,5 x 109 anos, independentemente do tipo de aplicação desejada. Sobre o uso do urânio, considere a equação abaixo e analise as afirmativas a seguir.

92U235 + 0n1 → 56Ba140 + xKry + 30n1

  1. O U-238 possui três prótons a mais que o U-235.
  2. Os três nêutrons liberados podem iniciar um processo de reação em cadeia.
  3. O criptônio formado tem número atômico igual a 36 e número de massa igual a 96.
  4. A equação acima representa a fissão nuclear do urânio.
  5. Em virtude do tempo de meia-vida extremamente longo, o U-238 não pode, de forma alguma, ser descartado no meio ambiente.

Estão corretas apenas:

A) 1, 2 e 5

B) 2, 3, 4 e 5

C) 1, 3 e 4

D) 2, 4 e 5

E) 3, 4 e 5

Resolução:

Apenas as alternativas 2, 4 e 5 estão corretas, pois:

1. Falsa: U-238 e U-235 são dois isótopos do Urânio, ou seja, apresentam o mesmo número atômico (mesmo número de prótons) e diferentes números de massa.

2. Verdadeira: O fenômeno da fissão nuclear depende da presença de nêutrons livres no meio reacional.

3. Falsa: O número atômico e o número de massa do criptônio formado são 36 e 93, respectivamente. Eles são calculados de forma isolada da seguinte forma:

Para o número atômico:

Soma dos números atômicos dos reagentes é igual à soma dos números atômicos dos produtos:

92 + 0 = 56 + x + 3.O

92 = 56 + x

x = 92 – 56

x = 36

Para o número de massa:

Soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos.

Observação: Caso tenhamos coeficiente na frente do participante, devemos multiplicar o coeficiente pela massa, como no caso do nêutron (n) no produto, que apresenta coeficiente 3 e massa 1.

235 + 1 = 140 + y + 3.(1)

236 = 140 + y + 3

236 – 140 – 3 = y

y = 93

4. Verdadeiro: É uma equação de fissão por ter um átomo sendo bombardeado por nêutron, resultando em novos núcleos e mais nêutrons.

5. Verdadeiro: O elemento Urânio apresenta uma meia-vida de 4,5 bilhões de anos.

Alternativa: D

 

06) Alemanha anuncia fechamento de todas as usinas nucleares até 2022

A coalizão do governo alemão anunciou nesta segunda-feira um acordo para o fechamento de todas as usinas nucleares do país até 2022 […]. A chanceler (premiê) Angela Merkel havia estabelecido uma comissão de ética para analisar a energia nuclear após o desastre ocorrido na usina japonesa de Fukushima.

BBC Brasil, 30 de maio de 2011 (adaptado).

O motivo que levou a Alemanha, segundo a notícia acima, a acabar com a utilização da matriz nuclear de energia está em algumas de suas desvantagens, entre as quais, podemos citar:

A) a emissão em massa de poluentes radioativos na atmosfera

B) o resfriamento excessivo da água do mar utilizada para manutenção das turbinas

C) o risco de acidentes e de contaminação radioativa

D) a elevada deposição de lixo em áreas imediatamente próximas

Resolução:

Após os acidentes referentes ao vazamento de material radioativo na usina de Fukushima, no Japão, os debates sobre a energia nuclear tornaram-se mais acirrados no mundo, a ponto de a Alemanha anunciar o fechamento de toda a sua matriz a fim de evitar a ocorrência de contaminação radioativa.

Alternativa: C

 

07) Ucrânia defende energia nuclear 25 anos após Chernobyl

Primeiro-ministro ucraniano, Nikolai Azarov, afirmou que usinas são "parte inalienável do progresso científico" […]. “Para a Ucrânia, um país obrigado a comprar gás e petróleo, não há alternativa à energia nuclear", ressaltou o chefe do Governo do país que em 26 de abril de 1986 foi palco do maior desastre nuclear da história.

IG, Último Segundo, 25 abr. 2011. Adaptado.

Apesar de polêmica, a energia nuclear possui os seus defensores em função de alguns dos seus vários pontos positivos, entre os quais, é possível destacar corretamente:

A) Impactos ambientais nulos na fauna e na flora

B) Utiliza de recursos naturais renováveis

C) Gera muitos empregos sem necessidade de qualificação

D) Emissão nula de poluentes responsáveis pelo efeito estufa

Resolução:

O principal aspecto considerado positivo nas usinas nucleares é a não emissão de poluentes e agentes do efeito estufa, como o CO2 e o gás metano, embora a atividade gere impactos nos ecossistemas por meio da alteração das temperaturas da água utilizada no resfriamento das turbinas, necessite de mão de obra altamente qualificada e não seja renovável.

Alternativa: D

 

08) Acordo nuclear com Irã enfrenta sérias dificuldades na reta final

Seis grandes potências conseguiram fechar, há um ano, um histórico acordo nuclear com o Irã, que resultaria no fim de seu isolamento internacional. Os detalhes vêm sendo negociados desde então e, a três dias para o fim do prazo estipulado, as principais questões ainda precisam ser resolvidas. “Queremos chegar a um acordo, mas não pode ser qualquer um, mas um que funcione”, afirmou na quinta-feira o secretário de Estado norte-americano, John Kerry, depois de se reunir com o ministro de Relações Exteriores da França, Laurent Fabius, que acrescentou: “Importantes pontos de divergência persistem” […].

El País - Internacional, 21 nov. 2014. Adaptado.

O debate a respeito do programa de energia nuclear do Irã diz respeito, em termos geopolíticos,

A) à possível fabricação de armas nucleares que mudaria as configurações de poder no Oriente Médio.

B) ao risco iminente de vazamento e contaminação generalizada em função do pouco domínio do país sobre esse tipo de tecnologia.

C) à possibilidade de o Irã tornar-se uma potência energética e iniciar uma troca de eletricidade por petróleo com os países da OPEP.

D) às restrições internacionais sobre a utilização de energia atômica para abastecimento elétrico dos países, em função da pressão das organizações ambientais.

Resolução:

O Irã vem, ao longo dos últimos anos, desenvolvendo uma tecnologia nuclear que, segundo o país, é para fins pacíficos. No entanto, os Estados Unidos e outros países impuseram sanções econômicas ao país, alegando que os iranianos estariam desenvolvendo armas nucleares para fins bélicos na região do Oriente Médio.

Alternativa: A

 

09) (UERJ)

Gráfico da utilização da energia nuclear no mundo entre 1955 e 2004

Adaptado de L' Atlas du Le Monde Diplomatique. Paris: Armand Colin, 2006.

O uso da energia nuclear ainda é considerado uma opção polêmica. Pela análise do gráfico, pode-se identificar o período em que os investimentos nessa forma de gerar energia alcançaram o seu auge.

As duas conjunturas que explicam os altos investimentos nesse período são:

A) política da Detente e crise ambiental

B) integração europeia e Guerra do Golfo

C) crise do petróleo e corrida armamentista

D) enfraquecimento da OPEP e Guerra Fria

Resolução:

elevação dos gastos e investimentos em relação à energia nuclear, sobretudo nos Estados Unidos e na Europa, ocorreu ao longo dos anos 1970, período em que o mundo viveu o choque do Petróleo, estabelecido pela OPEP após os acontecimentos no Oriente Médio relativos à Guerra do Yom Kippur. Por isso, as potências internacionais precisaram investir em outras fontes de energia, incluindo, nesse caso, a matriz nuclear.

Outro fato relacionado com esse crescimento foi a Guerra Fria, em que as duas grandes potências (EUA x URSS) buscavam um aperfeiçoamento da tecnologia nuclear para fins estruturais e, principalmente, bélicos.

Alternativa: C

 

10) (UFU-MG) Leia com atenção o texto abaixo e responda a questão proposta.

Quando o físico francês Antoine Henri Becquerel descobriu, em 1896, que o urânio emitia espontaneamente uma radiação que ele denominou “raios urânicos”, seguiu-se uma grande revolução no conhecimento científico. Sua descoberta contribuiu para a hipótese de que o átomo não era o constituinte último da matéria e abriu caminho para a área da física nuclear. O próprio Becquerel identificou que os “raios urânicos” eram constituídos de três partes distintas. Mais tarde, essas partes foram denominadas radiação alfa (núcleo do átomo de hélio), radiação beta (elétrons altamente energéticos) e radiação gama (de natureza eletromagnética). Marie Curie e seu marido Pierre Curie verificaram esse mesmo fenômeno em dois novos elementos, rádio e polônio, por eles descobertos.

Podemos afirmar que o texto:

A) trata da descoberta da radioatividade.

B) trata da descoberta do efeito fotoelétrico.

C) mostra a origem da radiação eletromagnética.

D) apresenta a origem do conceito de átomo.

E) n.d.a

Resolução:

De acordo com o texto, podemos identificar que o elemento químico estudado tanto por Becquerel quanto pela família Curie emitia radiações que inicialmente foram chamadas de raios urânicos.

Alternativa: A

 

11) (FEI-SP) Se um átomo apresentar a massa atômica igual a 60 u, a relação entre a massa desse átomo e a massa do átomo de carbono 12 valerá?

A) 1.

B) 2.

C) 3.

D) 4.

E) 5.

Resolução:

x = 60 / 12

x  =  5

Alternativa: E

 

12) (UFG) As medidas de massa são, na realidade, a comparação com um padrão definido de maneira adequada. O padrão adotado pela IUPAC para as medidas de massa atômica é um doze avos da massa do carbono - isótopo 12, que é denominado de unidade unificada de massa atômica.

Sobre massas de átomos, é correto afirmar que:

A) massa atômica é um número que indica quantas vezes a massa de um átomo é maior que um doze avos do carbono – isótopo 12;

B) os átomos de um mesmo elemento químico podem ter massas diferentes;

C) as massas atômicas são utilizadas atualmente para classificar os elementos da Tabela Periódica.

Resolução:

MA (X) = 9 He

MA (X) = 9 . 4

MA (X) = 36 u

Número de átomos de 12C = 36/12

Número de átomos de 12C = 3.

Alternativa: C

 

RELATIVIDADE RESTRITA

TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA ou TEORIA ESPACIAL da RELATIVIDADE (TRR) - Foi publicada pela primeira vez por Albert Einstein em 1905, descreve a física do movimento na ausência de campos gravitacionais.

Antes, a maior parte dos físicos pensava que a mecânica clássica de Isaac Newton, baseada na chamada relatividade de Galileu (origem das equações matemáticas conhecidas como transformações de Galileu) descrevia os conceitos de velocidade e força para todos os observadores (ou sistemas de referência). No entanto, Hendrik Lorentz e outros, comprovaram que as equações de Maxwell, que governam o eletromagnetismo, não se comportam de acordo com a transformação de Galileu quando o sistema de referência muda (por exemplo, quando se considera o mesmo problema físico a partir do ponto de vista de dois observadores com movimento uniforme um em relação ao outro).

A noção de variação das leis da física no que diz respeito aos observadores é a que dá nome à teoria, à qual se apõe o qualificativo de especial ou restritapor cingir-se apenas aos sistemas em que não se têm em conta os campos gravitacionais. Uma generalização desta teoria é a Teoria Geral da Relatividade, publicada igualmente por Einstein em 1915, incluindo os ditos campos.

relatividade restrita também teve um impacto na filosofia, eliminando toda possibilidade de existência de um tempo e de durações absolutas no conjunto do universo (Newton) ou como dados a priori da nossa experiência (Kant). Depois de Henri Poincaré, a relatividade restrita obrigou os filósofos a reformular a questão do tempo.

A Evolução da Ciência

O conhecimento científico não permanece igual ao longo dos anos. O que é considerado verdade hoje, pode não ser no futuro. Há 6 séculos pensava-se que a Terra era o centro do universo. Hoje sabemos que ela não é sequer o centro do Sistema Solar. A teoria da relatividade de Einstein mudou as bases da Física alterando conceitos tão fundamentais como tempo e espaço.

A Relatividade de Galileu

A posição e a velocidade de um corpo devem ser medidas a partir de um referencial. O referencial é um espaço graduado, como uma régua ou uma estrada marcada a cada quilômetro. Junto a esse espaço deve haver um cronômetro para medir o tempo.

Algumas vezes, porém, o próprio refencial que escolhemos está em movimento. Pode ser o caso de um referencial preso em um ônibus, barco ou avião. Se um referencial A estiver em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme (MRU) ele é considerado inercial. Da mesma forma, se um outro referencial B está em repouso ou se move em linha reta com velocidade constante em relação ao referencial A, o referencial B também é considerado inercial.

Segundo Galileu, se um corpo se move em relação a um referencial e o próprio referencial se move em relação ao solo por exemplo, a velocidade do corpo em relação ao solo será a soma das duas velocidades. Nada mais natural! Se alguém corre dentro de um ônibus, a sua velocidade para quem está na rua será a velocidade do ônibus mais a velocidade com que a pessoa corre.

O Problema

Sabemos há muito tempo que a Terra movimenta-se girando ao redor do Sol. Existem também estrelas com movimentos conhecidos e de grande velocidade. Porém, ao medir a velocidade da luz vinda de diferentes direções e de astros em movimento, não encontrou-se qualquer alteração na sua velocidade. Esta velocidade é a constante c= 300.000 Km/s, comprovada pelos estudos de óptica e eletromagnetismo feitos até então. Alguma coisa deveria estar errada! Como tornar este resultado compatível com as teorias aceitas até o momento?

A Relatividade Restrita

Para resolver estes impasses, Albert Einstein propôs a Teoria da Relatividade Restrita, que está baseada em dois postulados:

  • Postulado 1: Todas as leis da física assumem a mesma forma em todos os referenciais inerciais;
  • Postulado 2: Em qualquer referencial inercial, a velocidade da luz no vácuo c é sempre a mesma, seja emitida por um corpo em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme;

As consequências desses postulados contrariam o senso comum. Se a velocidade da luz permanece constante mesmo com o emissor em movimento, alguma coisa deveria mudar para que as leis da física continuem as mesmas. Para Einstein, o tempo e o espaço variam de acordo com a velocidade de um referencial em movimento. Isso quer dizer que se alguém observasse um ônibus próximo à velocidade da luz, o comprimento do ônibus pareceria menor e o tempo dentro dele correria mais lentamente em relação ao tempo medido pelo observador. Ao calcular a velocidade da luz, os dois chegariam ao mesmo resultado.

Relatividade Geral

Em sua teoria da Relatividade Geral, Einstein procura avaliar o que acontece em referenciais não inerciais (que possuem aceleração). Ele chega a algumas importantes conclusões:

  • Um referencial que sofre aceleração é equivalente a um referencial submetido a uma força atuando à distância.

Por exemplo, quando um elevador sobe, o passageiro não tem como distinguir se o elevador realmente iniciou o movimento ou se alguma força começa a empurrá-lo para baixo (exceto pelo indicador dos andares).

  • A Força Gravitacional é provocada por uma distorção na relação entre espaço e tempo.

Isso pode ser observado por um corpo em queda que percorre espaços maiores em tempos cada vez menores. Toda massa provoca essa distorção e quanto maior a massa maior a distorção.

As teorias de Einstein revolucionaram a Física e foram sendo comprovadas com experiências e observações. Entre essas observações está o eclipse do sol, visto na cidade de Sobral, no Ceará. Uma estrela posicionada atrás do sol não poderia ser vista, segundo as teorias antigas. Mas se a gravidade distorce o próprio espaço-tempo, até mesmo a luz poderia ser atraída e desviada. Se Einstein estivesse correto, uma estrela escondida atrás do sol seria vista quando ocorresse um elipse total. Ele veio pessoalmente ao Brasil e a prova foi obtida: o astro que deveria estar oculto pelo sol tinha sua luz desviada e foi visto durante o eclipse.

 

RELATIVIDADE - RESOLVIDAS

01) (PUC/MG) A Física Moderna introduziu novos conceitos para explicação de fenômenos que não mais podiam ser explicados pela Física Clássica. Assinale a opção que contradiz essa afirmativa.

(A) A descontinuidade dos espectros atômicos.

(B) O efeito fotoelétrico.

(C) A dualidade onda e matéria.

(D) A propagação retilínea da luz.

Resolução:

De fato, a chamada Física Moderna explicou os espectros descontínuos (Modelo de Bohr), o efeito fotoelétrico (Nobel de Einstein) e a dualidade onda x partícula (de Broglie), mas não tem nada a ver com a propagação retilínea da luz.

Alternativa: D

 

02) (UFMG-MG) Observe esta figura:

 

Paulo Sérgio, viajando em sua nave, aproxima-se de uma plataforma espacial, com velocidade de 0,7 c, em que c é a velocidade da luz.

Para se comunicar com Paulo Sérgio, Priscila, que está na plataforma, envia um pulso luminoso em direção à nave.

Com base nessas informações, é correto afirmar que a velocidade do pulso medida por Paulo Sérgio é de:

A) todas

B) nenhuma

C) somente II

D) II e III

E) somente III

Resolução:

A velocidade da luz é constante independente da velocidade da fonte emissora.

Alternativa: D

 

03) (UFMG-MG) Suponha que, no futuro, uma base avançada seja construída em Marte. Suponha, também, que uma nave espacial está viajando em direção a Terra, com velocidade constante igual à metade da velocidade da luz. Quando essa nave passa por

 

Marte, dois sinais de rádio são emitidos em direção à Terra – um pela base e outro pela nave. Ambos são refletidos pela Terra e, posteriormente, detectados na base em Marte. Sejam tB e tn os intervalos de tempo total de viagem dos sinais emitidos, respectivamente, pela base e pela nave, desde a emissão até a detecção de cada um deles pela base em Marte.

Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que:

A) tn = (1/2) tB

B) tn = (2/3)

C) tn = (5/5)tB

D) tn = tB

Resolução:

A velocidade da luz (ondas eletromagnéticas) é de 3.108m/s independentemente de a fonte emissora estar em repouso ou em movimento

Alternativa: D

 

04) (UEL-PR) A teoria da Relatividade Restrita, proposta por Albert Einstein (1879 – 1955) em 1905, é revolucionária porque mudou as idéias sobre o espaço e o tempo, mas em perfeito acordo com os resultados experimentais. Ela é aplicada, entretanto, somente a referenciais inerciais. Em 1915, Einstein propôs a Teoria Geral da Relatividade, válida não só para referenciais inerciais, mas também para referenciais não-inerciais.

 

Sobre os referenciais inerciais, considere as seguintes afirmativas:

I. São referenciais que se movem, uns em relação aos outros, com velocidade constante.

II. São referenciais que se movem, uns em relação aos outros, com velocidade variável.

III. Observadores em referenciais inerciais diferentes medem a mesma aceleração para o movimento de uma partícula.

Assinale a alternativa correta:

A) Apenas a afirmativa I é verdadeira.

B) Apenas a afirmativas II é verdadeira.

C) As afirmativas I e II são verdadeiras.

D) As afirmativas II e III são verdadeiras.

E) As afirmativas I e III são verdadeiras.

Resolução:

I. Correta

III. Correta: O primeiro postulado afirma que não existe sistema de referência inercial preferencial no estudo de qualquer fenômeno físico.

Alternativa: E

 

05) (UFV-MG) A figura a seguir mostra um vagão aberto que se move com velocidade de módulo V em relação a um sistema de referência fixo no solo. Dentro do vagão existe uma lâmpada que emite luz uniformemente em todas as direções. Em relação ao vagão, o módulo da velocidade de propagação da luz é c. Para uma pessoa parada em relação ao solo, na frente do vagão, o módulo da velocidade de propagação da luz emitida pela fonte será:

A) c

B) c + V

C) c - V

D) (c + V) / (c – V)

Resolução:

De acordo com o postulado de Einstein (Teoria da Relatividade) a velocidade da luz é constante, independentemente da velocidade do observador ou da fonte.

Alternativa: A

 

06) (UFRN-RN) Estudantes interessados em analisar a natureza dual da luz preparavam uma apresentação para uma Feira de Ciências com três experimentos,  conforme mostrados nas Figuras abaixo.

 

 experimento mostra a difração da luz ao passar por uma fenda estreita;

o   experimento mostra o efeito fotoelétrico caracterizado pela geração de corrente elétrica a partir da incidência de luz sobre uma célula fotoelétrica;  e

o   experimento mostra o efeito da polarização da luz ao fazê-la incidir sobre  filtros polarizadores.

A partir desses experimentos , é correto afirmar que

A) o efeito fotoelétrico e a polarização evidenciam a natureza ondulatória da luz, enquanto a difração evidencia a natureza corpuscular da luz.

B) a polarização e a difração evidenciam a natureza corpuscular da luz, enquanto o efeito fotoelétrico evidencia a natureza ondulatória da luz.

C) a difração e a polarização evidenciam a natureza ondulatória da luz, enquanto o efeito fotoelétrico evidencia a natureza corpuscular da luz.

D) o efeito fotoelétrico e a difração evidenciam a natureza ondulatória da luz, enquanto a polarização evidencia a natureza corpuscular da luz

Resolução:

A luz tem caráter dual: os fenômenos de reflexão, refração, interferência, difração e polarização da luz podem ser explicados pela teoria ondulatória e os de emissão e absorção podem ser explicados pela teoria corpuscular.

Difração — fenômeno de caracteriza a natureza ondulatória da luz, que permite com que uma onda atravesse fendas ou contorne obstáculos, atingindo regiões onde, segundo a propagação retilínea da luz, não conseguiria chegar  —  efeito fotoelétrico  — fenômeno que caracteriza a natureza corpuscular da luz que ocorre quando a luz (onda eletromagnética, radiação eletromagnética) de frequência suficientemente alta incide sobre a superfície de um metal, ela pode retirar elétrons do mesmo  —  esse fenômeno ficou conhecido como efeito fotoelétrico  —   polarização  —  fenômeno que evidencia a natureza ondulatória da luz  —  polarizar uma onda significa transformar, através do polarizador, uma onda transversal  não polarizada, que vibra em várias direções, numa onda polarizada, que vibra numa única direção.

Alternativa: C

 

RADIOATIVIDADE – COM GABARITO

01) (UDESC) Em 1908, Ernest Rutherford recebeu o Prêmio Nobel de Química pelo seu trabalho para determinar a massa e a carga elétrica das partículas alfa, beta e gama, que são emitidas pelos núcleos dos átomos de certos elementos radioativos.

Analise as afirmativas abaixo, considerando que e e me sejam, respectivamente, a carga e a massa de repouso do elétron.

I - A partícula alfa tem carga elétrica +4e, e sua massa de repouso é aproximadamente 7340me.

II - A partícula beta pode ter carga elétrica +e ou e, e sua massa de repouso é igual à do próton, ou seja, aproximadamente 1840me.

III - A partícula gama é um fóton de radiação eletromagnética, não possui carga elétrica e sua massa é nula.

Assinale a alternativa correta.

(A) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

(B) Somente a afirmativa III é verdadeira.

(C) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

(D) Somente a afirmativa II é verdadeira.

(E) Somente a afirmativa I é verdadeira.

Alternativa: B

 

02) (Enem) A falta de conhecimento em relação ao que vem a ser um material radioativo e quais os efeitos, consequências e usos da irradiação pode gerar o medo e a tomada de decisões equivocadas, como a apresentada no exemplo a seguir.

“Uma companhia aérea negou-se a transportar material médico por este portar um certificado de esterilização por irradiação.”

Física na Escola, v. 8, n. 2, 2007 (adaptado).

A decisão tomada pela companhia é equivocada, pois:

(A) o material é incapaz de acumular radiação, não se tornando radioativo por ter sido irradiado.

(B) a utilização de uma embalagem é suficiente para bloquear a radiação emitida pelo material.

(C) a contaminação radioativa do material não se prolifera da mesma forma que as infecções por microrganismos

(D) o material irradiado emite radiação de intensidade abaixo daquela que ofereceria risco à saúde.

(E) o intervalo de tempo após a esterilização é suficiente para que o material não emita mais radiação.

Alternativa: A

 

RADIAÇÃO ALFA –  COM GABARITO

01) (PUC-RIO) As três primeiras etapas na série de decaimento radioativo do urânio 238 envolvem emissão sucessiva de uma partícula alfa (+24α), uma partícula beta (-10β) e outra partícula beta (-10β).

Sobre o elemento resultante do decaimento, é correto afirmar que:

(A) na primeira etapa, possui número de massa 234 e número atômico 92.

(B) após as duas primeiras etapas, possui número de massa 234 e número atômico 91.

(C) após as três etapas, possui 144 nêutrons em seu núcleo.

(D) na primeira etapa, possui 90 nêutrons em seu núcleo.

(E) após as três etapas, possui 96 prótons em seu núcleo.

Alternativa: B

 

02) (PUC-CAMP) Certa fonte radioativa emite 100 vezes mais que o tolerável para o ser humano e a área onde está localizada foi isolada. Sabendo-se que a meia vida do material radioativo é de 6 meses, o tempo mínimo necessário para que a emissão fique na faixa tolerável é, em anos, de

(A) 4

(B) 6

(C) 8

(D) 10

Resolução:

Meia vida (seis meses, no caso) é o tempo que leva para reduzir pela metade. Assim: em 6 meses diminui a 50; em 12 a 25; em 18 a 12,5; em 24 meses a 6,25; em 30 a 3,125; em 36 a 1,5625; em  finalmente, em 42 meses, cai a 0,78125 do valor inicial, entrando na tolerância. Pelas opções, 4 anos, por segurança...

Alternativa: A

  

Efeito Fotoelétrico de Broglie  – RESOLVIDAS

01) (UFRS) Considere as seguintes afirmações sobre o efeito fotoelétrico.

I - O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica atingida por radiação eletromagnética.

II - O efeito fotoelétrico pode ser explicado satisfatoriamente com a adoção de um modelo corpuscular para a luz.

III - Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a freqüência da luz incidente nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal.

Quais estão corretas?

(A) Apenas I.

(B) Apenas I e II.

(C) Apenas I e III.

(D) I, II e III.

Resolução:

O chamado Efeito Fotoelétrico, cuja explicação deu a Einstein o Nobel, consiste em incidir radiação sobre um metal e arrancar elétrons, o que só ocorre se os fótons tiverem uma energia suficiente. Para compreendê-lo, Einstein propôs um modelo corpuscular da luz.

Alternativa: D

 

02) Qual foi a explicação de Einstein para o Efeito Fotoelétrico?

Resolução:

Ele propôs um modelo corpuscular para a luz. O quantum de luz, mais tarde chamado de fóton, teria uma energia dada por E = hf. Assim, ao atingir um metal, se a frequências e a energia fossem altas o suficiente para vencer a energia de ligação, arrancava elétrons. Baixas frequências e baixas energias não conseguiam arrancar elétrons, independentemente da intensidade da luz incidente.

 

03) (UFMG-modificada) Uma lâmpada – L1 – emite luz monocromática de comprimento de onda igual a 3,3 x107 m, com potência de 2,0 x 102 W.

Quando a lâmpada L1 é usada para iluminar uma placa metálica, constata-se, experimentalmente, que elétrons são ejetados dessa placa. No entanto, se essa mesma placa for iluminada por uma outra lâmpada – L2 –, que emite luz monocromática com a mesma potência, 2,0 x 102 W, mas de comprimento de onda igual a 6,6 x107 m, nenhum elétron é arrancado da placa.

a) EXPLIQUE por que somente a lâmpada L1 é capaz de arrancar elétrons da placa metálica.

Resolução:

E = hc/λ  Como a lâmpada 1 emite luz de menor comprimento de onda, a energia dos fótons e maior e estes conseguem arrancar elétrons.

b) RESPONDA: É possível arrancar elétrons da placa iluminando-a com uma lâmpada que emite luz         com o mesmo comprimento de onda de L2, porém com maior potência? Justifique sua resposta.

Resolução:

Não, pois os fótons, tendo o mesmo comprimento de onda, continuarão tendo a mesma energia, insuficiente para arrancar elétrons, no caso.

 

04) (UFMS) A primeira pessoa a apresentar uma teoria ondulatória convincente para a luz foi o físico holandês Christian Huygens, em 1678. As grandes vantagens dessa teoria são explicar alguns fenômenos da luz e atribuir um significado físico ao índice de refração. No entanto, alguns fenômenos só podem ser entendidos com uma hipótese diferente sobre a luz - a hipótese de ela se comportar como um feixe de partículas, a qual foi proposta por Einstein em 1905. Essas duas formas de interpretar a luz são denominadas dualidade da luz. Qual fenômeno a seguir só é  explicado pela hipótese de Einstein?

(A) Efeito fotoelétrico.

(B) Reflexão da luz.

(C) Difração da luz.

(D) Interferência da luz.

Resolução:

Einstein ganhou o Nobel não pela Relatividade, mas pela explicação do Efeito Fotoelétrico. Explicação para a qual ele utilizou o modelo corpuscular (fóton) da luz.

Maiores explicações:

Alternativa: A

 

Continua...