Questões de Vestibular Sobre física moderna em física

O projeto internacional DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) é um gigantesco experimento idealizado para o estudo de neutrinos. Para a detecção da luz emitida quando os neutrinos atravessam enormes tanques de argônio líquido, foi projetado na Unicamp um dispositivo chamado Arapuca, cuja função é aumentar a área de coleta da luz, confinando- -a no interior de uma caixa que contém os sensores. Antes de entrar na Arapuca, a luz emitida, de comprimento de onda λ₁ = 128 nm, incide num material que tem por finalidade modificar o comprimento de onda da radiação, de modo que, ao emergir desse material, o novo comprimento de onda da luz passe a ser λ₂ = 350 nm. Considere que, nessa etapa do experimento, ambos os feixes luminosos de comprimentos de onda λ₁ e λ₂ propagam-se no mesmo meio. Sendo f₁ a frequência e v₁ a velocidade da luz no comprimento de onda λ₁, e f₂ a frequência e v₂ a velocidade da luz no comprimento de onda λ₂, pode-se afirmar que

O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez pelo físico alemão Heinrich Hertz em 1887. Hertz observou que, quando certas frequências de luz iluminavam uma placa metálica, elétrons excitados, denominados fotoelétrons, deixavam o metal. Posteriormente, esse efeito foi explicado por Albert Einstein quando introduziu o conceito de fóton. 
Durante um experimento, um professor demonstrou o efeito fotoelétrico iluminando diferentes placas metálicas com radiação infravermelha (E = 1,38 eV) e radiação ultravioleta (E = 4,13 eV). 
A tabela a seguir apresenta a função trabalho (f) dos materiais utilizados.


Como resultado, quando as placas foram iluminadas com radiação infravermelha, o fenômeno _________ observado nesses materiais. Quando as placas foram iluminadas com radiação ultravioleta, o fenômeno não foi observado para _________, enquanto a máxima energia cinética dos fotoelétrons foi observada para _________.

(URCA/2022.2) A energia E de um fóton (ou um quantum de radiação eletromagnética) se relaciona com sua quantidade de movimento p por E = c · p, onde c ≈ 3, 00 × 10⁸m/s² é a velocidade da luz no vácuo. Por outro lado essa energia se relaciona com a frequência f da radiação eletromagnética associada por E = h · f, onde h ≈ 6, 63 × 10⁻³⁴J·s é a constante de Planck. Tendo em vista estas considerações, podemos dizer que o comprimento de onda λ da radiação associada ao fóton é dado por

A Teoria da Relatividade e seu criador Albert Einstein são protagonistas de diversas produções de Ficção Científica, junto com buracos negros, viagens no tempo, entre outras ideias, que fascinam as produções científicas em filmes e em seriados. No filme O Planeta dos Macacos, astronautas, após entrarem em modo de hibernação, viajam para o futuro. Em dado momento, dois relógios são mostrados: um marcando o tempo, na Terra; outro, marcando o tempo na nave. Na narrativa, a missão falha, levando os astronautas para um planeta habitado por uma sociedade de macacos. Ao saírem da nave, os relógios são novamente mostrados, quantificando os efeitos da Teoria da Relatividade Restrita, permitindo o cálculo da velocidade da nave e a duração total da viagem.

https://publicacoes.ifc.edu.br/a teoria da relatividade presente na ficção científica (adaptada)

Ao considerar que os astronautas viajaram em velocidade constante de 80% da velocidade da luz, em relação à Terra, determine quantos anos os astronautas viajariam, no referencial da Terra, se dormissem durante 120 anos, de acordo com o referencial da espaçonave. 

Qual é a velocidade de uma partícula que tem um momento de 5 Mev/c e uma energia relativística total de 10 Mev?

Uma das apostas para a produção de energia limpa, sem emissão de gases de efeito estufa e sem geração de resíduos radioativos, é a fusão nuclear, como a que ocorre nas estrelas. Em laboratório, são utilizados os isótopos de hidrogênio deutério () e trítio (), que, dentro de um intenso campo magnético, são aquecidos a 150 milhões de graus Celsius. Nessas condições,  e  fundem-se formando    e um outro subproduto, além de liberar uma grande quantidade de energia.
Com base nessas informações, assinale a alternativa que traz as informações corretas sobre qual é o subproduto formado e sobre a variação de entalpia desse processo. 

Com a pandemia do COVID-19, o mundo tem utilizado a luz ultravioleta (UV) para desinfetar ambientes públicos e hospitalares. Foram encontradas evidências da eficácia do UV quanto à área irradiada, ao ângulo de exposição, à intensidade e à dose de radiação sobre superfícies. Mas, essas não são as únicas alternativas.
A alta dose de radiação tem a função de promover várias mutações no DNA e/ou RNA dos vírus, levando-o à morte ou impedindo que ele se reproduza. A luz UV é eficaz para inativar bactérias e vírus nas faixas de UV-B e UV-C com onda de comprimento entre 200 a 310 nm (nanômetros).
https://www.uol.com.br/tilt/noticias/redacao/2020/08/07/para-anvisa-nao-ha-certeza-de-que-raios-ultravioleta-destroem-coronavirus.htm (Adaptada)
Sabe-se que a radiação eletromagnética (ou simplesmente, a luz) é quantizada, segundo Einstein, e a quantidade elementar de luz, hoje, recebe o nome de fóton. Por isso, para eliminar o vírus sobre a superfície, uma rede de supermercado instalou cabines UV para descontaminar os carrinhos de compras. A cabine contém luz ultravioleta com comprimento de onda de 300 nm.
Qual a energia desse fóton em elétrons-volts?
Adote a constante de Planck = 4,14.10^-15 eV.s e a velocidade da luz de 3,0.10⁸ m/s

Quando uma onda luminosa incide em uma superfície metálica, a interação entre os fótons e os elétrons do metal pode fazer com que elétrons sejam emitidos da superfície.
A figura a seguir representa a emissão fotoelétrica em uma placa de césio com função trabalho de 2,14 eV, iluminada pela radiação violeta, com comprimento de onda igual a 400 nm. hƒ é a energia dos fótons; E_C é a energia cinética máxima dos elétrons emitidos e W é a função trabalho do material de que é feito o alvo, ou seja, a energia mínima que um elétron deve adquirir para poder escapar do material.
  A figura está sem escala, uso de cores fantasia. 
Considerando a constante de Planck 4,2.10^-15 eVs e a velocidade da luz no vácuo de 3,0.10⁸ m/s, a energia cinética, em eV do elétron ejetado, é igual a

A utilização das radiações ionizantes trouxe grandes avanços para a humanidade. Entre todas as áreas que usufruem dessas radiações, os setores médico e odontológico são, sem dúvida, os que mais se beneficiaram. A radioterapia, tratamento utilizado em pacientes com câncer, é muito eficaz.

Disponível em: www.vigilanciasanitaria.sc.gov.br. Acesso em: 28 jul. 2010 (adaptado).

Embora seja útil, a radiação ionizante pode vir a ser prejudicial à saúde quando não é utilizada adequadamente e de forma controlada, pois a incidência dessa radiação pode

Alguns equipamentos de visão noturna têm seu funcionamento baseado no efeito fotoelétrico, uma das primeiras descobertas que contribuíram para o surgimento da mecânica quântica. Nesses equipamentos, fótons de frequência ƒ emitidos por um objeto incidem sobre uma superfície metálica. Elétrons são então liberados da superfície e acelerados por um campo elétrico. Em seguida, o sinal eletrônico é amplificado e produz uma imagem do objeto.

Diferentemente do que a física clássica prevê, apenas os elétrons com energia hƒ acima de uma certa energia mínima E₀ são liberados da superfície metálica.

Considerando a incidência de fótons com frequência da ordem de 10¹⁴ Hz, a ordem de grandeza do valor limite de E₀ para que o equipamento funcione deve ser: 

Note e adote:

Constante de Planck: h = 6,63 × 10 ⁻³⁴J.s

Prático para refeições rápidas que podemos preparar ou esquentar alimentos que compramos em supermercados, o forno micro-ondas é uma realidade em praticamente todas as casas.


Nesse equipamento, podemos notar que a porta possui uma tela com pequenos furos que servem para olharmos lá dentro durante o seu funcionamento. Esses pequenos furos também

Um instrumento de diagnóstico médico moderno, que usa técnica de imagem por raios gamas da aniquilação do par elétron-pósitron, é conhecido como PET. Essa máquina realiza tomografia por emissão de pósitrons, para produzir imagens da seção transversal do corpo de um paciente. O pósitron é a antipartícula do elétron, que possui mesma massa, mas carga de sinal oposta. Para um exame, um paciente recebe injeção intravenosa de um marcador radioativo contendo um isótopo de Flúor-18 ou Gálio-67 ou Tecnécio-99, por exemplo. Encontre o comprimento de onda aproximado de aniquilação de um par elétron-pósitron lento em angstrons.

Um forno de micro-ondas doméstico com 1600 W de potência emite uma radiação em seu interior, no comprimento de onda de 12,0 cm, para aquecer ou cozer os alimentos. Supondo que todos os fótons emitidos pelo canhão de micro-ondas - o magnetron - sejam absorvidos pelo alimento para aquecê-lo, aproximadamente quantos fótons de micro-ondas foram absorvidos pelo alimento em 10,0 s de exposição nesse forno?

Sobre a teoria da relatividade de Albert Einstein, assinale a alternativa CORRETA.

A física quântica e a física moderna são ramos da física que tem suscitado muito interesse nos últimos anos em virtude de sua influência em muitos setores da vida moderna (aplicação e construção de vários dispositivos e instrumentos de medida relevantes em áreas como a medicina, biologia, química, geologia, matemática, ciências humanas, etc). Marque a alternativa correta em relação a aspectos conceituais desta área do conhecimento científico:

A figura mostra o diagrama de níveis de energia, em elétrons-volt, para o átomo de hidrogênio, segundo o modelo proposto por Bohr. Nela está representada uma transição do elétron do nível n = 4 para o nível n = 2.
(http://astro.if.ufrgs.br. Adaptado.)

A quantidade de energia associada ao fóton emitido pelo átomo de hidrogênio na transição mostrada na figura é

Em um laboratório de Física, dois feixes de raios X (I e II) são disparados e incidem sobre uma placa de chumbo, sendo totalmente absorvidos por ela. O comprimento de onda do feixe II é quatro vezes maior que o comprimento de onda do feixe I. Ao serem absorvidos, um fóton do feixe I transfere à placa de chumbo uma energia E₁ e um fóton do feixe II transfere uma energia E₂.
A razão entre as energias E₂ e E₁ é

A meia-vida de um elemento radioativo é o intervalo de tempo em que uma amostra deste elemento se reduz à metade. Esse intervalo de tempo denomina-se: