Questões de Física para Concurso

De Broglie postulou em 1924 que todas as partículas apresentam um comportamento ondulatório associado a um comprimento de onda, conhecido como o comprimento de onda de De Broglie, o qual é proporcional à massa e velocidade da partícula. Esse fenômeno foi experimentalmente confirmado por Davisson-Germer, em 1927, ao observarem a difração de elétrons ao atravessarem uma fina camada de níquel, cuja distância intermolecular é de 0,254 nm. Em nosso universo cotidiano, objetos macroscópicos não exibem comportamento de difração, pois seus comprimentos de onda de De Broglie são extremamente pequenos para situações do dia a dia. Vamos supor que estejamos em um universo fictício no qual a constante de Planck possui um valor diferente, denotada por h ′ = 1,25 × 10⁻¹⁷ J ∙ s. Nesse universo fictício, um objeto de massa m = 90 mg e velocidade v = 0,55 mm/s difrataria ao atravessar uma fina camada de níquel?

No estudo da física, diferentes teorias científicas têm sido desenvolvidas para explicar fenômenos físicos em escalas diversas desde o macroscópico ao subatômico. Entre elas, destacam-se a mecânica newtoniana, a teoria da relatividade e a mecânica quântica. Cada uma dessas teorias tem seus princípios e fundamentos próprios, possibilitando uma compreensão profunda dos fenômenos em seus respectivos domínios de aplicação. Entretanto, é importante destacar que essas teorias também têm limites em suas aplicações. A respeito do assunto abordado, analise as assertivas a seguir:
I. A mecânica clássica não apresenta os mesmos resultados experimentais quanto à detecção, a nível do mar, dos múons, oriundos de interações da radiação cósmica com os constituintes da alta atmosfera, sendo necessário recorrer à relatividade para obter a concordância com os dados.
II. Na mecânica clássica, os resultados são determinísticos, enquanto na mecânica quântica, são estatísticos. A incerteza nas medidas dos fenômenos microscópicos ocorre devido ao colapso da função de onda causado pelo processo de observação, estabelecendo o limite entre as duas teorias, tornando ambas válidas para descrever o sistema.
III. Na teoria da relatividade desenvolvida por Einstein, que utiliza as transformadas de Lorentz, foi necessário alterar a definição do momento linear clássico de partículas em um sistema isolado, pois ele não se conservava.
Quais estão corretas?

Um corpo de massa m é abandonado sobre um plano inclinado com um ângulo Θ = 60° em relação à horizontal, como mostrado na Figura 5 abaixo, com um coeficiente de atrito cinético μ = 0,3. Seu centro de massa está a uma altura h acima da base do plano inclinado. Após descer o plano inclinado, o corpo entra em um loop de raio R = 2 m, onde a força de atrito é desprezível. Considere a aceleração da gravidade g = 10 m/s 2 e desconsidere a resistência do ar.


Qual é, aproximadamente, a menor altura h para que o corpo atinja o ponto mais alto do loop sem perder contato com ele? 

Considere uma fonte pontual que emite ondas eletromagnéticas com um comprimento de onda específico de 350 nm, de forma isotrópica em todas as direções, e tem uma potência de 735 W. A uma distância de 500 m da fonte, encontramos um detector de luz sensível à faixa do espectro eletromagnético emitido por essa fonte. A fim de compreender o comportamento da onda luminosa à medida que ela se propaga do ponto de emissão até o ponto de detecção, é crucial analisar a taxa de variação do campo elétrico em relação ao tempo. Para a resolução da questão, considere a constante de permissividade magnética μ_° = 4π × 10^-7 H/m , e a velocidade da luz c = 3 × 10⁸ m/s. Com base nesse cenário, qual é a máxima taxa de variação ∂E/∂t da componente elétrica da luz na posição do detector?