DATA PARA ENTREGA: / / 2012

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1 COLÉGIO DE APLICAÇÃO DOM HÉLDER CÂMARA AVALIAÇÃO: EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES II DISCIPLINA: FÍSICA PROFESSOR(A): HUDSON DE AGUIAR ALUNO(A) DATA: / /2012 TURMA: M SÉRIE: 3º ANO DATA PARA ENTREGA: / / 2012 ORIENTAÇÕES IMPORTANTES! Leia a atividade avaliativa atentamente. Não pode haver rasura e uso de corretivo. As respostas têm que estar no local próprio e à caneta, para que sejam consideradas. Responda com caneta azul ou preta não deixe nada a lápis. QUESTÕES DISCURSIVAS 1) No circuito da figura, a corrente é 1,6 A quando a chave Ch está aberta. A resistência do amperímetro é desprezível. Qual será a corrente no amperímetro, em ampères, quando a chave estiver fechada? 2) Considere um circuito elétrico constituído por um gerador (E, r), três resistores (R 1, R 2 e R 3 ), um voltímetro ideal (V) e um amperímetro ideal (A), como representa o esquema abaixo. De acordo com o esquema e os valores nele expressos, determine as indicações do voltímetro, em volts, e do amperímetro, em ampères. 3) Leia o texto PARADOXOS E O PARADOXO DOS GÊMEOS e responda as questões a seguir: Talvez o maior impacto dos resultados da teoria da relatividade sobre a opinião pública foi, e ainda é, a dilatação do tempo. Quantas coisas poderíamos fazer se pudéssemos frear o ritmo do tempo! Essa possibilidade suscitou um grande número de especulações e artigos científicos; mesmo a literatura e o cinema se aproveitaram desse veio tão prolífico. Perceba que a Teoria da Relatividade é um conjunto teórico de pressupostos e equações matemáticas; Einstein não foi laureado com o prêmio Nobel por este trabalho porque, entre outros motivos, não havia comprovações experimentais dos resultados. Einstein "testava" suas hipóteses pensando em experimentos hipotéticos, possíveis em princípio, em um processo que em alemão se denomina Gedankenexperiment (experimento mental); foi dessa maneira que ele se aproximou do problema de medir a velocidade da luz em vários referenciais.

2 Um desses experimentos mentais derivou em um paradoxo. Como você sabe, um paradoxo é um raciocínio aparentemente correto, mas é fundamentado em certas incorreções estruturais, e que leva a uma contradição ou - falta de nexo. O paradoxo mais famoso da Relatividade é o dos gêmeos. Vamos lê-lo nas palavras do professor Antonio S. Pires, da UFMG: Temos dois gêmeos, Paulo e Diana e um deles, Diana, viaja em uma nave espacial em direção a uma estrela distante, com uma velocidade de 80 por cento da velocidade da luz, durante dez anos (medidos na Terra), a nave faz meia volta e retorna. Paulo está vinte anos mais velho, mas Diana só envelheceu doze anos. Um paradoxo aparente aparece ao aplicar o fator de dilatação temporal da perspectiva de Diana que "vê" o relógio de Paulo mais lento e conclui que ele é que deve estar mais jovem. Durante a viagem tanto faz dizer que a Terra ou a nave se desloca um em relação ao outro. A mesma consideração pode ser aplicada, sem diferença, à viagem em um sentido [de] trem. Diana embarca no trem com a velocidade acima em uma estação deixando lá Paulo. Viaja por 60 minutos, marcados em seu relógio, e desembarca em uma estação. Ela verifica que, pelo tempo indicado no relógio da estação, sua viagem durou 100 minutos. Mas como os movimentos são relativos, poderíamos imaginar que Diana embarcou no trem, mas foi a Terra que se deslocou no sentido oposto. [...] Neste caso, Paulo é que estaria em movimento e 60 minutos para ele corresponderiam a 100 minutos no trem. Durante o tempo em que um observador se move uniformemente, um em relação ao outro, não temos base para dizer que um dos relógios está realmente indicando a passagem de menos tempo do que o outro relógio; fazer assim seria dar preferência a um dos dois sistemas de coordenadas. A resolução do paradoxo é simples. As duas situações não são simétricas. A nave em que viajou Diana sofreu uma aceleração quando parou e retornou à Terra. Paulo permaneceu em um sistema inercial durante todo o tempo. Posições e velocidades são grandezas relativas na Teoria da Relatividade, mas aceleração não o é. [...] Simetria de observações só existe para observadores não acelerados. PIRES, Antonio S. T. Evolução das ideias da Física. São Paulo: Livraria da Física, p Organizando as ideias do texto: a. Segundo o que está dito até aqui, você pode supor que o tempo fica mais lento conforme a velocidade aumenta. Quer dizer que em uma espaçonave muito rápida o tempo passa mais devagar? b. Suponha uma outra situação, em que Paulo está na Terra no instante em que Diana abandona a estrela Alfa de Centauro (4,3 anos-luz da Terra) e se dirige para cá com uma velocidade muito alta, digamos, 0,8 c. Diana não vai parar na Terra, mas passará por aqui com velocidade constante. i) Quanto tempo levaria no relógio de Paulo para que Diana chegasse até aqui? ii) E quanto tempo levaria no relógio de Diana? iii) Supondo que Diana iniciasse a sua viagem no dia em que ambos estivessem comemorando seu 18º aniversário, que idade pareceria a Diana que Paulo teria na passagem de Diana pela Terra? E que idade teria Diana para Paulo, nesse mesmo instante? 4) (I) Um corpo negro precisa ser necessariamente um corpo escuro? Explique. (II) Como ocorre a emissão de laser? 5) Leia o texto a seguir e responda as questões propostas: O GATO DE SCHRÖDINGER Leia agora um texto do professor Luiz Ferraz Netto, sobre um paradoxo que ilustra como podem ser peculiares os resultados de observações, à luz da Teoria Quântica. Quando falamos sobre o "gato de Schrödinger " estamos nos referindo a um paradoxo que aparece a partir de um célebre experimento imaginário proposto por Erwin Schrödinger em 1937, para ilustrar as diferenças entre interação e medida no campo da Mecânica Quântica. O experimento mental consiste em imaginar um gato aprisionado dentro de uma caixa que contém um curioso e perigoso dispositivo. Esse dispositivo se constitui de uma ampola de frágil vidro (que contém um veneno muito volátil) e um martelo suspenso sobre essa ampola de forma que, ao cair, essa se rompe, liberando o gás venenoso com o qual o gato morrerá. O martelo está conectado a um mecanismo detector de partículas alfa, que funciona assim: se nesse sensor chegar uma partícula alfa que seja, ele é ativado, o martelo é liberado, a ampola se parte, o gás escapa e o gato morre; pelo contrário, se nenhuma partícula chegar, nada ocorrerá e o gato continuará vivo.

3 Quando todo o dispositivo estiver preparado, iniciamos o experimento. Ao lado do detector colocamos um átomo radioativo que apresente a seguinte característica: ele tem 50% de probabilidade de emitir uma partícula alfa a cada hora. Evidentemente, ao cabo de uma hora só terá ocorrido um dos dois casos possíveis: o átomo emitiu uma partícula alfa ou não a emitiu (a probabilidade que ocorra um ou outro evento é a mesma). Como resultado da interação, no interior da caixa o gato estará vivo ou estará morto. Porém, isso não poderemos saber a menos que se abra a caixa para comprovar as hipóteses. Se tentarmos descrever o que ocorreu no interior da caixa, servindo-nos das leis da Mecânica Quântica, chegaremos a uma conclusão muito estranha. O gato viria descrito por uma função de onda extremamente complexa resultado da superposição de dois estados, combinando 50% de "gato vivo" e 50% de "gato morto". Ou seja, aplicandose o formalismo quântico, o gato estaria por sua vez "vivo" e "morto"; correspondente a dois estados indistinguíveis! A única forma de averiguar o que "realmente" aconteceu com o gato será realizar uma medida: abrir a caixa e olhar dentro. Em alguns casos encontraremos o gato vivo e em outros o gato morto. Por que isso? Ao realizar a medida, o observador interage com o sistema e o altera, rompendo a superposição dos dois estados, com o que o sistema decanta em um dos dois estados possíveis. O senso comum nos predispõe que o gato não pode estar vivo e morto. Mas a Mecânica Quântica afirma que, se ninguém olhar o interior da caixa, o gato se encontrará numa superposição dos dois estados possíveis: vivo e morto. Essa superposição de estados é uma consequência da natureza ondulatória da matéria, e sua aplicação à descrição mecânico-quântica dos sistemas físicos é que permite explicar o comportamento das partículas elementares e dos átomos. A aplicação disso aos sistemas macroscópicos como o gato ou, inclusive, se assim o preferir, a qualquer professor de Física Quântica, nos levaria ao paradoxo proposto por Schrödinger. [...] Quando se recorre à imagem do gato de Schrödinger " já sabemos que estamos nos referindo a um dos aspectos mais singulares e misteriosos da Mecânica Quântica, a saber, que tais fenômenos quânticos necessitam, para ocorrer, da consciência de um observador. [...] Não é que o resultado seja positivo ou negativo (todavia, desconhecido), não, é mais estranho ainda: o novo estado da partícula em questão (e suas possíveis consequências) não existe de nenhuma maneira até que seja verificado pela observação. Ainda não entenderam? Certo, junte-me a essa lista. Richard Feynman, prêmio Nobel de Física, já dizia: "quem não ficar pasmado com a Física Quântica é porque não a compreendeu". Pasmem! Como ninguém entendeu nada, vale salientar que esse experimento mental tem outra versão: no exterior da caixa há uma partícula cuja função de onda entra em colapso; se o resultado do colapso resultar uma partícula com spin positivo o sensor acusa e o gato morre, se resultar com spin negativo o sensor nada acusa e o gato vive. Até que se observe o interior da caixa, o gato estará vivo e morto. Feira de Ciências. Disponível em: < Acesso em: 29 jan Organizando as ideias do texto Considere que a experiência com o gato de Schrödinger representa uma transição entre dois estados. Vamos chamar (1) ao estado inicial e (2) ao estado final. a. Descreva o estado do gato em (1). b. Você abre a caixa em (2). O estado do gato está determinado. O que acontece com o outro estado?

4 c. Como se levanta o paradoxo? QUESTÕES OBJETIVAS 6) A iluminação de palco é um elemento essencial de um espetáculo teatral. A concepção e montagem do circuito de iluminação devem ser executadas por eletricistas qualificados a tomar decisões importantes, tal como a de definir a fiação adequada. Suponha que o esquema abaixo represente um circuito simplificado de iluminação de palco, onde 1 e 2 são chaves, L 1, L 2 e L 3 são lâmpadas e A é um amperímetro ideal. Os pontos a e b do circuito são ligados a uma tomada que fornece uma tensão V. A resistência de cada uma das lâmpadas é R. Tendo em vista essas informações, é correto afirmar que: a) com as chaves 1 e 2 abertas, as lâmpadas L 2 e L 3 não acendem e a leitura no amperímetro é igual a V/R; b) com as chaves 1 e 2 fechadas, todas as lâmpadas acendem e a leitura no amperímetro é igual a 2V/3R; c) com as chaves 1 e 2 fechadas, apenas a lâmpada L 3 não acende e a leitura no amperímetro é igual a V/2R; d) com a chave 1 fechada e a chave 2 aberta, todas as lâmpadas acendem e a leitura no amperímetro é igual a V/3R; e) com a chave 1 aberta e a chave 2 fechada, somente a lâmpada L 1 acende e a leitura no amperímetro é igual a V/R. 7) Considere o circuito elétrico esquematizado abaixo. Ligando os pontos M e N, sucessivamente, por um amperímetro ideal e por um voltímetro ideal, suas indicações em ampères e em volts, respectivamente, serão: a) 2 e 10 d) 3 e 15 b) 2 e 15 e) 3 e 30 c) 3 e 10 8) A Teoria da Relatividade afirma que movimentos relativos provocam efeitos nada intuitivos. Experiências com certas partículas que caem do céu, os múons, feitas na década de 60 nos Estados Unidos, confirmaram, por exemplo, que o tempo de vida médio dessas partículas aumentava quando medido por uma pessoa na superfície da Terra (mais especificamente em cima de montanhas). Com relação a esse efeito, previsto por Einstein, assinale a afirmativa correta: a) Esse efeito é conhecido como Dilatação do Tempo. b) Esse efeito foi uma hipótese que, como gênio, Einstein intuitivamente sugeriu. c) Esse efeito estava ligado ao Princípio da Incerteza de Heisenberg. d) Esse efeito era puramente imaginário, não se constituindo em resultado científico. e) Esse efeito era resultado de divagações filosóficas. 9) Em determinadas condições, feixes de luz podem arrancar elétrons de um metal. Esse efeito, conhecido como Efeito Fotoelétrico, não podia ser explicado pela natureza ondulatória da luz. Nesse contexto, Albert Einstein, em um artigo publicado em 1905, afirma que: a) A luz interage com o metal em pacotes de energia. Se a energia transportada pelo pacote for maior que a energia de ligação do elétron no metal, então ele será arrancado de lá. b) A luz chega até o metal em pacotes de energia com sinal negativo, portanto, expulsam elétrons do metal porque estes também possuem sinal negativo. c) As ondas eletromagnéticas se propagam em um meio, o ar, que acabam empurrando elétrons do metal. d) As ondas eletromagnéticas criam campos elétricos que acabam expulsando elétrons do metal. e) As ondas carregam cargas positivas e atraem os elétrons, arrancando-os do metal.

5 10) Numa reunião da Sociedade Alemã de Física, em 14 de dezembro de 1900, Max Planck apresentou seu artigo sobre a Teoria da Lei de Distribuição de Energia do Espectro Normal. Esse artigo, que a princípio atraiu pouca atenção, foi o início de uma revolução na Física. A data de sua apresentação é considerada o nascimento da Física Moderna. O princípio da Nova Física, discutido nesse artigo, indica que a energia é: a) transformada. b) conservada. c) destruída. d) anulada. e) quantizada.