Exercícios sobre noções de Física Moderna Sex, 06 de Agosto de :25 - Última atualização Dom, 18 de Maio de :46

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1 FÍSICA MODERNA I) NOÇÕES DE FÍSICA MODERNA 1) INTRODUÇAO Por volta do final do século XIX com a descoberta das teorias de Maxuel e outras, os cientista pensaram que haviam controlado todos os fenômenos concernentes a Física. Mas não tardou muito aparecer situações de difícil explicação se baseadas nas leis físicas existentes até então. Como muitos exemplos do que estou falando, poderei citar um deles: a existência do mésum múor no nível do mar. Estas partículas são geradas pela radiação cósmica a uma altura mínima de 10000m e duram apenas 2μs a sua existência. Neste pequeno tempo para chegar a superfície da Terra teria de descer com velocidade maior do que a da luz ( m/s) o que é descartado ou durar mais do que 2μs. Então seria impossível para encontrá-las no nível do mar pelas teorias clássicas. Mas por detector de mésons elas são encontradas. Teria que surgir outras teorias e surge então a teoria da relatividade. Pela teoria da relatividade restrita os conceitos de tempo, espaço e massa passam a depender do obervador. Também os conceitos clássicos de onda e matéria teriam que ser reformulados para as instâncias microscópicas como as partículas elementares subatômicas. 2) RELATIVIDADE - particulas que apresentam velocidades próximas da velocidade da luz terá que ser corrigido relativisticamente espaço, tempo, massa, energia, quantidade de movimento linear e angular e de tudo que for decorrente disto. 1 / 17

2 a) Dilatação do tempo: Descrição Grandezas / fórmula intervalo de tempo para um observador em repouso Δt o intervalo de tempo para um Δt observador em movimento velocidade do movimentov velocidade da luz no vácuo c Equação Δt = Δt o [1 - (v/c) 2 b) Contração das distâncias espaciais Descrição Grandezas / fórmula distância em relação a um observador em movimento ΔS distância em relação a um ΔSobservador em repouso o velocidade do movimentov velocidade da luz no vácuo c Equação ΔS = ΔS o [1 - (v/c) 2 c) Dilatação da massa Descrição Grandezas / fórmula Massa de repouso 2 / 17

3 m o massa de movimento m(v) velocidade do movimentov velocidade da luz no vácuo c Equação m(v) = m o [1 - (v/c) 2 3) MEIA-VIDA DE ELEMENTOS RADIOATIVOS Descrição Grandezas /fórmula número de átomos inicialn o número de átomos após algum n tempo decaímento radioativo para λ cada elemento Equação n = n o. e -λt 4) VELOCIDADE DE TRANSMUTAÇÃO Descrição Grandezas / fórmula número inicial de átomosn o número de átomos transmutados n tempo de meia-vida TM Equação n = n o.2 -TM 5) RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO 3 / 17

4 Descrição Grandezas / fórmula emissividade ε constante de Stefan-Boltzmann σ temperatura em Kelvin T Equação ë = εσt 4 6) ENERGIA DE UM FÓTON E ENERGIA ATÔMICA Descrição Fórmulas Energia de um foto E = hf Energia de um foto E = hc/λ Energia atômica E = mc 2 II) EXERCÍCIOS SOBRE TÓPICOS DE FÍSICA MODERNA 1) O modelo atômico semelhante ao modelo planetario onde os elétrons giram em torno do núcleo assim como os planetas giram em torno da estrela, é um modelo descrito por: a) ( ) Bohr b) ( x ) Rutherford c) ( ) Tompson 4 / 17

5 d) ( ) Davisson 2) O modelo atômico em que os elétrons estão em órbitas estáveis girando em volta do núcleo e que ao receber ou perder enegia muda para outra órbita estável é o modelo descrito por: a) ( x ) Bohr b) ( ) Rutherford c) ( ) Tompson d) ( ) Davisson 3) a energia transportada por um fóton onde h é a constante de Planck, f a frequência e c é a velocidade da luz no vácuo é dada por: a) ( x ) E = hf b) ( ) E = c 2 /hf 5 / 17

6 c) ( ) E = f 2 c 4 /2h d) ( ) E = hc 4) Quando uma partícula de anti-matéria junta-se com outra partícula de matéria de mesma massa ocorre: a) ( ) a soma das massas e a conservação da energia b) ( x ) o aniqulamento de ambas e a tranferência da energia para outra partícula c) ( ) a destruição das massas e aniquilamento da enegia d) ( ) a conservação das massa e a absorção da energia 5) Pela teoria clássica do eletromagnetismo quando uma carga elétrica é acelerada, então ocorre: I) emissão de radiação 6 / 17

7 II) perda de energia III) ganho de energia IV) perda de energia e ausência de peso Está(ão) correta(s): a) I e II b) II e III c) I, II e III d) II e IV e) I e IV 6) Quando a radiação eletromagnética incide em uma superfície metálica há o retirada de elétrons desta superfície. Esta ocorrência é denominada de: 7 / 17

8 a) ( ) Efeito Joule b) ( ) Princípio da incerteza c) ( x ) Efeito fotoelétrico d) ( ) Número quântico spin 7) Se conseguíssemos "segurar" um fóton o que ocorreria em relação a sua massa e energia seria: a) ( x ) deixarde existir e a sua energia transferida para outra partícula; b) ( ) ficari somente com a massa de repouso c) ( ) manter a massa e perderia toda sua energia d) ( ) Perder a massa e a energia 8) O tempo que certa massa radioativa m levaria para converter-se em m/2 é denominado: 8 / 17

9 a) ( x ) Meia-vida b) ( ) Período c) ( ) Tempo de corte d) ( ) Frequência 9) Pela equação E = mc 2 sabe-se que é previsível a tranformação de massa em energia e energia em massa. A energia atômica também obedece a esta equação quando obtém-se energia nuclear de substâncias radio ativas, geralmente após um processo chamado de enriquecimento. A quebra do núcleo destes átomos desras substância libera grande quantidade de energia. Este processo da quebra do núcleo é denominada: a) vaporização b) fissão c) efeito fotoelétrico d) fusão 9 / 17

10 10) A nergia nuclear liberada pelo processo de junção dos prótons de elementos mais leves, como o hidrogênio, para formar elementos mais pesados como o hélio é denominado de: a) vaporização b) fissão c) efeito fotoelétrico d) fusão 11) A fusão de elementos de hidrogênio formando hélio ocorre naturalmente: a) no espaço sideral b) nos planetas c) nas estrelas d) nos reatores 10 / 17

11 12) Uma estrela surge pelo colapso gravitacional de uma nuvem de hidrogênio fria que pelas reações termonucleares converte elementos mais leves em elementos mais pesados. O estado de agregação das estrelas é: a) sólido b) líquido c) gasoso d) plasma e) gás fermiônico 13) (corrigido) A noção de espaço-tempo, do ponto de vista da teoria da relatividade, para uma partícula que está em movimento com velocidade próximo da velocidade da luz no vácuo, vista por um observador em repouso em relação a referida partícula, é melhor descrito por: I) diminuição da distância c/ aumento da velocidade; II) Diminuição das distâncias espaciais pata um observador em movimento; 11 / 17

12 III) aumento do tempo para um observador em movimento; IV) aumento do tempo para um obervador em repouso Está(ão) correrta(s): a) I e II b) II e IV c) I, II e III d) II e III x e) todas Obs: o observador está no referencial em repouso em relação a partícula e não a Terra. 14) Camilo tem massa 60kg quando se encontra dentro de uma nave em movimento, que deverá fazer uma viagem de espacial de 9 anos contados por um relógio da nave. O comprimento dela é 10m quando está viajarando com velocidade de oito décimos da velocidade da luz que é de m/s. Um relógio é sincronizado na terra marca na hora de lançamento da nave e marcará a data do retorno também. Calclue; 12 / 17

13 a) a massa de Camilo medida em relação ao solo quando ele estiver em movimento (resp.: 100 kg) b) o tempo que Camilo passa no espaço medido por uma pessoa que fica na Terra (resp.:15 anos) c) o comprimento da nave em movimento em relação a um observador na Terra. (resp.: 6m) 15) Um foguete, em movimento, tem comprimento de 12m para um obervador dentro do mesmo e de 10 m para um observador da terra. Qual a velocidade do foguete, em m/s? (resp.: 1, m/s) 16) Um feixe de eletrons é lançado com velocidade de m/s e percorrerá um grande túnel de 4 km de comprimento. Qual a distância que o elétron caminha para percorrer todo o túnel, visto por um observador que está em repouso no solo? (resp.: 2933,3 m) 17) A energia relativística de uma partícula é dada pela equação E 2 = p 2 c 2 + m o2 c 4 onde p é a quantidade de movimento linear, m o é a massa de repouso e c é a velocidade da luz no vácuo. A quantidade de movimento linear de um fóton será: 13 / 17

14 a) p = mv 2 b) p = m.c 2 c) p = hf/m d) p = hf/c 18) Uma partícula de massa de repouso kg percorre uma distância de 10000m, entre um ponto fixo do espaço e o solo, vista por um observador que está na partícula. Se a referida partícula descer até o nível do solo com velocidade contante de 1,5 x 10 8 m/s, calcule: a) a distância percorrida pela partícula vista por um observador que está no solo (resp.: 8650 m; b) a sua massa quando ela estiver em movimento em relação a um obeservador na Terra (resp.: 4, kg) c) o tempo medido por dois observadores diferentes: um que viaja com a partícula e o outro que está no solo (resp.: 67μs; 78μs) 14 / 17

15 19) Suponha que duas naves de comprimentos 100m viajem lado a lado paralelamente á superfície da Terra com velocidades constantes de m/s em relação à Terra. Cada nave leva um tripulante de massa de repouso 80kg. Calcule: a) o comprimento de uma nave para o tripulante da outra nave (resp.: 100 m); b) o comprimento das naves quando em movimento, para um observador na Terra (73 m); c) a massa de cada tripulante da nave, em movimento, que seria medida por um observador na Terra (resp.: 109,5 kg). 20) Considere as seguintes informações sobre referenciais inerciais: I) são referenciais que estão com velocidades constantes, um em relação ao outro; II) são referencias que estão acelerados um em relação ao outro; III) são referenciais onde a aceleração é a mesma para diferentes referenciais. está(ão) correta(s) as alternativas: a) apenas I 15 / 17

16 b) apenas II c) I e II d) I e III d) nenhuma 21) Se o astronauta de uma nave assistiu um filme durante 150 minutos, o filme dentro da nave. Quanto tempo durou o filme para uma pessoa que o assistiu da Terra, admitindo que a velocidade da nave é 0,8c onde c é a velocidade da luz no vácuo? (resp.: 250 min) 22) Se considerarmos a natureza corpuscular das ondas eletromagnéticas e sendo h ( 6, J.s) a constante de Planck, λ o comprimendo de onda e c a velocidade de propagação dos fótons de luz, as massas podem ser dadas por: a) h / λc b) hλ / c 16 / 17

17 c) hc / λ d) λc / h e) h 2 λ / c 17 / 17