Questões de Concurso Sobre teoria quântica em física

Uma estrela de nêutron representa o estágio final de evolução de algumas estrelas maiores, que depois de consumirem seu combustível termonuclear (hidrogênio) explodem em uma supernova e se transformam em corpos extremamente densos e compactos, formados essencialmente por aglomerados de nêutrons. Uma estrela de nêutron típica pode ter uma massa igual à massa do nosso sol (M = 1,99 · 10³⁰ kg) e um raio de aproximadamente 10km. Considerando que a constante gravitacional vale G = 6,67 · 10^-11 N·m² /kg² , calcule a aceleração gravitacional na superfície dessa estrela de nêutron.

A primeira metade do século XX foi repleta de novos conceitos físicos, principalmente na área da física nuclear e da mecânica quântica. Assinale a alternativa que estabelece correta correlação entre os cientistas (quadro 1) do período e suas descobertas e teorias (quadro 2).

Quadro 1

1. Albert Einstein (1879-1955)

2. Max Planck (1858-1947)

3. Werner Heisenberg (1901-1976)

4. Erwin Schrödinger (1887-1961)

Quadro 2

I. Efeito fotoelétrico

II. Princípio da incerteza

III. Mecânica ondulatória

IV. Lei da radiação térmica

Um único fóton (λ = 400 nm) incide em uma célula fotoelétrica. Considerando que toda sua energia seja transformada em eletricidade, assinale a alternativa com o valor da energia elétrica gerada.

(considerar c =.3 ∙10⁸ m/s e h = 6,6 ∙10^-34 J∙s).

Em 1924, o físico francês Louis de Broglie (1892- 1987) propôs que uma partícula poderia apresentar propriedades ondulatórias e corpusculares. Este modelo, chamado de dualidade partícula-onda, não foi amplamente aceito na ocasião, mas atualmente é empregado em diversos equipamentos, incluindo em microscopia. Assinale a alternativa que apresente um equipamento que não faça uso deste modelo.

Com relação ao espalhamento inelástico da radiação eletromagnética, assinale a alternativa correta.

O levantamento radiométrico consiste em um teste de monitoração de área. Em conformidade com as Normas da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), Portaria 453, de 01 de junho de 1998, do Ministério da Saúde, os assentamentos de levantamento radiométrico, avalie se devem ser incluídos os seguintes itens:

I. Estimativa dos equivalentes de dose ambiente semanais (ou anuais) nos pontos de medida, considerando os fatores de uso (U), de ocupação (T) e carga de trabalho (W) aplicáveis.

II. Descrição dos fatores de operação utilizados no levantamento (mA, tempo, kVp, direção do feixe, tamanho de campo, fantoma, entre outros).

III. Croquis da instalação e vizinhanças, com o leiaute apresentando o equipamento de raios-x e o painel de controle, indicando a natureza e a ocupação das salas adjacentes.

IV. Carga de trabalho máxima estimada e os fatores de uso relativos às direções do feixe primário.

Assinale a alternativa correta.

Considere as seguintes afirmativas sobre alguns conceitos fundamentais em cálculos de dosimetria:

I. Para uma dada energia absorvida, a dose absorvida varia proporcionalmente à massa do material atingido.

II. A dose equivalente efetiva é obtida ao somarmos as doses equivalentes nos órgãos ou tecidos.

III. A dose absorvida comprometida é obtida ao integrarmos a dose absorvida por unidade de área ao longo da superfície de um tecido.

Assinale a alternativa correta.

De acordo com as Normas da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), Portaria 453, de 01 de junho de 1998, do Ministério da Saúde, o controle de qualidade deve incluir um conjunto mínimo de testes de constância. Dos seguintes, todos testes têm frequência mínima de aplicação anual, EXCETO:

Após a descoberta em 1896 da existência de elementos radioativos por Henri Becquerel, parecia a princípio que a radiação proveniente desses elementos era equivalente àquela produzida nos tubos de Crookes por Wilhelm C. Röentgen no ano anterior. Logo outros cientistas - como Marie Curie e Ernest Rutherford - se debruçaram sobre esse problema e chegaram à conclusão de que essa radiação era significativamente mais complicada. Uma característica que diferenciava essa nova fonte de radiação em comparação com os raios X de Röntgen era o fato de que a nova radiação:

Em um Plano de Proteção Radiológica deve constar, entre outros quesitos, uma descrição do sistema de gerência de rejeitos radioativos. Na legislação brasileira existem três tipos de depósito para rejeitos radioativos: o inicial é junto à instalação geradora do rejeito; o intermediário, onde ficam os rejeitos que aguardam sua destinação definitiva; o depósito final, para onde devem ser destinados os rejeitos para deposição definitiva. A responsabilidade sobre o projeto, a construção e a instalação de depósitos de rejeitos radioativos inicial, intermediário e final são:

A atenuação de um feixe de nêutrons se dá de forma exponencial, de modo que a fluência Ø em função da profundidade de penetração x é dada por

Ø(x) = Ø(0) e-x/λ

onde λ é o comprimento de relaxação determinado pelo material que está sendo penetrado.

Deseja-se criar uma caixa para realizar testes de irradiação de amostras com feixes de nêutrons. O feixe incidirá de cima para baixo, de modo que é desejável que o material que compõe a tampa da caixa permita uma boa passagem do feixe, mas o material do fundo da caixa deve ser eficiente em parar a radiação para evitar que ela atravesse a caixa. Os materiais disponíveis para construir a caixa são os mostrados a seguir:

As melhores escolhas de material para a tampa e para o fundo são respectivamente:

Laser para entrar em operação tem diversas condições físicas a serem atendidas. Dentre elas há a especificação do material para o meio ativo, sendo sólido, líquido ou gasoso. Com base no meio ativo definem-se as propriedades do desenho da cavidade óptica. Do ponto de vista do meio ativo, a distribuição espectral da radiação laser gerada é determinada por dois fatores: pela forma de linha do meio ativo e pelos modos da cavidade do oscilador. De uma maneira mais específica, como podem ser exemplificadas essas duas condições para a oscilação laser?

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma técnica capaz de produzir imagens de alta ampliação (até 300.000 vezes) e resolução. O princípio de funcionamento do MEV consiste na emissão de feixes de elétrons por um filamento capilar de tungstênio (eletrodo negativo), mediante a aplicação de uma diferença de potencial que pode variar de 0,5 a 30 kV. Essa variação de voltagem permite a variação da aceleração dos elétrons, e também provoca o aquecimento do filamento. A parte positiva em relação ao filamento do microscópio (eletrodo positivo) atrai fortemente os elétrons gerados, resultando numa aceleração em direção ao eletrodo positivo. A correção do percurso dos feixes é realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direção à abertura da objetiva. A objetiva ajusta o foco dos feixes de elétrons antes dos elétrons atingirem a amostra analisada. Disponível em: <www.degeo.ufop.br/laboratorios/microlab/mev.htm . Acesso em: 20 jul. 2016. Qual é o processo de formação de imagem do MEV e qual a outra técnica analítica que pode ser associada ao equipamento?

Um experimento para fabricar micro ou nanoestruturas em um substrato fotossensível pode ser feito expondo-se o material a um padrão de intensidade luminoso não uniforme produzido pela interferência de dois feixes coerentes. Considere dois feixes coerentes de laser em 532 nm, oriundos da mesma fonte, e que interferem entre si formando um ângulo de 60º. O padrão de intensidade produzido pela interferência dos dois feixes incide em um filme fotossensível e produz uma grade de difração de período espacial Δ. Nesse contexto, o valor de Δ é (Dado: sen 30° = 0,5)

O critério para a seleção de uma tecnologia específica para deposição de filmes finos pode ser baseado numa variedade de considerações técnicas. A diversidade de tipos de filmes finos de diferentes materiais pode ser depositada para uma variedade de aplicações dependendo de sua aplicação. Como se sabe, as características de um filme fino são diferentes de suas propriedades como “bulk”. Qual característica do filme depositado é considerada como decisiva na escolha da tecnologia de deposição?

Os processos de emissão e absorção da luz por parte da matéria tornaram-se alavancados com a descoberta de uma lei física que descreve a radiação por parte de um corpo negro. A partir desse ponto, vários experimentos foram realizados mostrando um comportamento, para a luz, distinto daquele conhecido classicamente. A Física Clássica apresentou-se incapaz de explicar os efeitos e fenômenos exibidos por tais experimentos, fazendo-se necessário o uso de uma nova teoria denominada de Teoria Quântica. Considere a situação hipotética, mostrada na figura, na qual um gás monoatômico está a uma temperatura constante (T) suficientemente elevada para que ocorra a emissão de luz.
Nesse contexto, é correto afirmar que

As polarizações circular, elíptica e linear, do ponto de vista clássico, são descritas a partir do comportamento espaço-temporal da amplitude de uma onda eletromagnética. A descrição dos estados de polarização sob o ponto de vista dos fótons com momento angular L, momento linear p e vetor de onda k diz que a luz no estado de polarização P é representada pela superposição coerente de iguais quantidades de fótons em dois estados de polarização, R e L, respectivamente, resultado da

O oscilador harmônico é de fundamental importância para a física porque, virtualmente, todo movimento oscilatório com pequena amplitude de oscilação pode ser analisado na aproximação de osciladores harmônicos. Do ponto de vista da Física Clássica, esse problema surge quando se analisa movimentos governados pela Lei de Hooke com a partícula presa a um potencial obedecendo a uma função parabólica. A solução clássica é dada pela combinação linear de funções trigonométricas periódicas. O problema do oscilador harmônico quântico apresenta uma forma alternativa de solução desse problema. Essa solução parte da definição de um operador que permite que se descreva o espectro de energia e funções de onda associada, sem a necessidade de resolver a equação de Schödinger. A formulação matemática desse operador permite, inclusive, que facilmente se estenda para outros problemas mais complexos. Como é denominado esse operador?

A tabela 1 mostra cinco níveis de energia do átomo de hidrogênio.


Considere a velocidade da luz no vácuo: c = 3 × 10⁸ m/s e a Constante de Planck: h = 6,6 × 10^–34 J·s = 4,1 × 10^–15 eV·s .
A linha H_β (comprimento de onda de 486,1 nm) do espectro de emissão do átomo de hidrogênio corresponde a uma transição entre os níveis:

Um elétron, de massa m e carga q = -e, devido à atração coulombiana, fica em órbita circular ao redor de um próton em repouso. A massa e a carga do próton valem, respectivamente, M e Q = +e. De acordo com o modelo de Bohr, o elétron só pode ocupar órbitas nas quais o seu momento angular obedeça a equação abaixo: L = n h/2π onde h é chamada “constante de Planck” e n é um número inteiro (n = 1, 2, 3, ...), conhecido como “número orbital”. Adote k como a constante eletrostática do vácuo, v a velocidade do elétron e sua órbita e R o raio da órbita do elétron. Considerando-se o elétron na n-ésima órbita, ou seja, na órbita caracterizada pelo número orbital de valor genérico n, e desprezando-se a interação gravitacional entre o elétron e o próton, determine a energia total do sistema.