Com base no enunciado, nas figuras e nos conhecimentos sobre mecânica e eletromagnetismo, considere as afirmativas a seguir.

Transcrição

1 1.A obra Molhe Espiral (acima) faz lembrar o modelo atômico planetário, proposto por Ernest Rutherford (Fig. 1). Esse modelo satisfaz as observações experimentais de desvio de partículas alfa ao bombardearem folhas de ouro. Entretanto, ele falha quando se leva em conta a teoria do eletromagnetismo, segundo a qual cargas aceleradas emitem radiação eletromagnética. Assim, o elétron perde energia executando uma trajetória em espiral e colapsando no núcleo (Fig. 2). Com base no enunciado, nas figuras e nos conhecimentos sobre mecânica e eletromagnetismo, considere as afirmativas a seguir. I. A variação do vetor velocidade do elétron evidencia que seu movimento é acelerado. II. Se o módulo da velocidade linear do elétron é constante em toda a trajetória da Fig. 2, a sua velocidade angular aumentará até o colapso com o núcleo. III. O átomo de Rutherford poderia ser estável se o elétron possuísse carga positiva. IV. Na segunda figura, o elétron está desacelerando, uma vez que a força de repulsão eletrostática diminui com o decréscimo do raio da órbita. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas II e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas I, III e IV são corretas. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Dados: Aceleração da gravidade: 2 10 m/s

2 3 Densidade do mercúrio: 13,6 g/cm Pressão atmosférica: 5 2 1,0 10 N/m Constante eletrostática: k 1 4 9,0 10 N m C Com relação à teoria da relatividade especial e aos modelos atômicos podemos afirmar que: ( ) A velocidade da luz no vácuo independe da velocidade da fonte de luz. ( ) As leis da física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. A única exceção ocorre em fenômenos físicos que ocorram sob gravidade nula. ( ) É impossível determinar simultaneamente a velocidade e a posição do elétron no átomo de hidrogênio. ( ) No modelo de Bohr do átomo de hidrogênio o elétron não irradia quando se encontra nas órbitas estacionárias, isto é, naquelas órbitas onde o momento linear do elétron é um múltiplo inteiro da constante de Planck. ( ) Para ionizar o átomo de hidrogênio, no seu estado fundamental, isto é, separar completamente o elétron do núcleo, gasta-se uma energia menor do que 10 ev. 3.Sobre os modelos atômicos de Thomson, Rutherford e Bohr, podemos fazer as seguintes afirmações. ( ) A partir do resultado do espalhamento de partículas α por folhas metálicas finas, Rutherford concluiu que a densidade de carga positiva do modelo atômico de Thomson era muito maior que a real. ( ) A estabilidade do átomo de Bohr era garantida por um postulado, pois, de acordo com a física clássica, um elétron em movimento circular teria perdas de energia por irradiação devido a sua aceleração centrípeta. ( ) De acordo com o modelo de Rutherford, os elétrons se distribuem em órbitas quantizadas na região ao redor do núcleo denominada eletrosfera. ( ) A razão entre as energias quantizadas de duas órbitas no modelo atômico de Bohr para o átomo de hidrogênio é igual a razão entre os números quânticos associados a estas órbitas. ( ) No modelo atômico de Bohr para o átomo de hidrogênio, o produto da velocidade do elétron pelo raio da órbita e quantizado. 4.Com base nos tópicos de Física Moderna, assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01) Corpo negro ideal é todo corpo capaz de absorver toda a radiação que nele incide. Quando um corpo negro é aquecido, ele é uma fonte ideal de radiação térmica. 02) O efeito fotoelétrico só ocorre se a frequência da luz incidente sobre o metal for superior a um valor mínimo f min e a emissão de cargas elétricas deste material independe da intensidade da radiação incidente. 04) A Teoria da Relatividade Especial, proposta por Einstein, está baseada em dois postulados, sendo que um deles é enunciado da seguinte forma: As leis da Física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. Ou seja, não existe nenhum sistema de referência inercial preferencial. 08) A apresentação do trabalho do físico Maxwell sobre a quantização da energia é considerada hoje como o marco oficial da fundação da Física Moderna. 16) A Teoria da Relatividade Restrita tem como consequência a contração espacial e a dilatação temporal. 32) O fenômeno da radiação do corpo negro é explicado pela Física Clássica e pela Moderna como sendo uma distribuição contínua de energia de um sistema. 64) O comportamento dualístico de uma onda-partícula é descrito e aceito pela Física Clássica, sendo mais aprofundado e explicado pela Física Quântica. 5.Em 2011,Ano Internacional da Química, comemora-se o centenário do Prêmio Nobel de Química concedido a Marie Curie pela descoberta dos elementos radioativos Rádio (Ra) e Polônio (Po). Os processos de desintegração do 224 Ra em 220 Rn e do 216 Po em 212 Pb são acompanhados, respectivamente, da emissão de radiação a) α e α.

3 b) α e β. c) β e β. d) β e γ. e) γ e γ. 6.Analise as alternativas abaixo e assinale o que for correto. 01) O segundo postulado da teoria da Relatividade Restrita afirma que a velocidade da luz no vácuo tem o mesmo valor para todos os observadores, qualquer que seja seu movimento ou o movimento da fonte. 02) A energia total relativística de um corpo é o produto da massa relativística desse corpo pela velocidade da luz no vácuo ao quadrado. 04) O nêutron possui uma massa aproximadamente igual a do próton, mas não possui carga elétrica. 08) Nas reações nucleares de transmutação, a energia total e a quantidade de movimento não são conservadas. 16) Os nêutrons, os prótons e os elétrons são as únicas partículas elementares da natureza. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: A nanotecnologia, tão presente nos nossos dias, disseminou o uso do prefixo neno (n) junto a unidades de medida. Assim, comprimentos de onda da luz visível são, modernamente, 9 expressos em nanômetros (nm), sendo 1 nm 1 10 m. 8 (Considere a velocidade da luz no ar igual a 3 10 m / s.) 7.Cerca de 60 fótons devem atingir a córnea para que o olho humano perceba um f lash de luz, e aproximadamente metade deies são absorvidos ou refletidos pelo meio ocular. Em média, apenas 5 dos fótons restantes são realmente absorvidos pelos fotorreceptores (bastonetes) na retina, sendo os responsáveis pela percepção luminosa. (Considere a constante de Planck h igual a 6,6 I0 J s ) Com base nessas informações, é correto afirmar que, em média, a energia absorvida pelos fotorreceptores quando luz verde comcomprimento de onda igual a 500 nm atinge o olho humano é igual a 41 a) 3,30 10 J. 33 b) 3,96 10 J. 32 c) 1,98 10 J. 19 d) 3,96 10 J. 18 e) 1,98 10 J. 8.Considere as seguintes proposições sobre a radiação gama. I. A partícula gama tem a mesma carga elétrica do próton. II. A partícula gama é um fóton de radiação eletromagnética. III. É um dos tipos de radiação emitida pelos núcleos de átomos radioativos. IV. É menos penetrante na matéria do que os raios X. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. e) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. -34

4 9.Em 1908, Ernest Rutherford recebeu o Prêmio Nobel de Química pelo seu trabalho para determinar a massa e a carga elétrica das partículas α, β e γ, que são emitidas pelos núcleos dos átomos de certos elementos radioativos. Analise as afirmativas a seguir, considerando que e e me sejam, respectivamente, a carga e a massa de repouso do elétron. I. A partícula α tem carga elétrica +4e, e sua massa de repouso é aproximadamente 7340 me. II. A partícula β pode ter carga elétrica +e ou e, e sua massa de repouso é igual à do próton, ou seja, aproximadamente 1840 me. III. A partícula γ é um fóton de radiação eletromagnética, não possui carga elétrica e sua massa é nula. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. b) Somente a afirmativa III é verdadeira. c) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. d) Somente a afirmativa II é verdadeira. e) Somente a afirmativa I é verdadeira. 10.Leia a tirinha a seguir. Para validar a proposta do analista, ocorrência da dualidade onda-partícula, o senhor Fóton deve ser capaz de sofrer a) interferência e refração. b) interferência e polarização. c) difração e efeito fotoelétrico. d) efeitos fotoelétrico e compton. 11."Determinadas grandezas podem caracterizar tanto raios X quanto um átomo de hidrogênio". Dentre as grandezas a seguir, qual não se enquadra nessa descrição? a) Comprimento de onda b) Momento linear c) Velocidade d) Energia e) Massa de repouso 12.A energia que as estrelas e o Sol irradiam por bilhões de anos nasce da reação nuclear conhecida como FUSÃO.

5 Essa acontece no interior das estrelas sob altíssimas temperaturas. De uma forma simplificada, podemos dizer que dois dêuterons (núcleos do deutério, ou hidrogênio pesado, formado por um próton e um nêutron) se unem (fundem) dando origem a um núcleo de hélio. 2 A relação E m c, que expressa a relação entre massa e energia, pode ser lida como: "a cada variação E de energia corresponde uma variação m de massa e vice-versa". Por outro lado, c representa o valor da velocidade da luz no vácuo. Considerando a massa de cada dêuteron como m, e a massa do núcleo de hélio como 1,99 m, é correto afirmar que, no processo de fusão de dois dêuterons em um núcleo de hélio, a) houve ganho de massa. b) a diferença de massa foi 0,99 m. c) a energia liberada na fusão aumenta a massa total do Sol. d) a energia liberada na fusão não altera a massa total do Sol. e) a energia liberada na fusão diminui a massa total do Sol. 13.Uma das causas da catástrofe ocorrida no dia 26 de abril de 1986 no reator número 4 de Chernobyl, na Ucrânia, foi atribuída à retirada de barras de controle para compensar uma redução de potência causada pelo aparecimento de absorvedores de nêutrons, o que gerou um aumento de fissões e a "reação em cadeia". A "reação em cadeia" ocorre quando material radioativo de elevado grau de pureza é reunido em quantidade superior a uma certa massa crítica. A consequência da "reação em cadeia" é a) a explosão nuclear. b) a produção de energia elétrica em usinas nucleares. c) a extinção de toda a radioatividade do material. d) o imediato fracionamento da massa em partes menores do que a massa crítica. 14.Define-se como meia-vida de um elemento radioativo o tempo necessário para que a metade de seus átomos tenha se desintegrado. No caso do Césio-137, a meia-vida é de 30 anos. O gráfico a seguir indica o percentual de átomos radioativos, P(%), presentes em duas amostras radioativas puras, X e Y, em função do tempo, medido em unidades t. A partir do gráfico, afirma-se que I. a meia-vida de X é o dobro da de Y. II. a meia-vida de X é 3 t. III. transcorrido um tempo 6 t, o percentual de átomos radioativos, da amostra X, que se desintegraram é maior do que o da amostra Y. Pela análise das informações acima, conclui-se que está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s) a) I. b) II. c) III. d) I e III. e) II e III.

6 15.Considere o texto e as afirmações a seguir. Após inúmeras sugestões e debates, o ano 2005 foi declarado pela ONU o "Ano Mundial da Física". Um dos objetivos dessa designação é comemorar o centenário da publicação dos trabalhos de Albert Einstein, que o projetaram como físico no cenário internacional da época e, posteriormente, trouxeram-lhe fama e reconhecimento. Um dos artigos de Einstein publicado em 1905 era sobre o efeito fotoelétrico, que foi o principal motivo da sua conquista do Prêmio Nobel em A descrição de Einstein para o efeito fotoelétrico tem origem na quantização da energia proposta por Planck em 1900, o qual considerou a energia eletromagnética irradiada por um corpo negro de forma descontínua, em porções que foram chamadas quanta de energia ou fótons. Einstein deu o passo seguinte admitindo que a energia eletromagnética também se propaga de forma descontínua e usou esta hipótese para descrever o efeito fotoelétrico. Em relação ao efeito fotoelétrico numa lâmina metálica, pode-se afirmar que: I. A energia dos elétrons removidos da lâmina metálica pelos fótons não depende do tempo de exposição à luz incidente. II. A energia dos elétrons removidos aumenta com o aumento do comprimento de onda da luz incidente. III. Os fótons incidentes na lâmina metálica, para que removam elétrons da mesma, devem ter uma energia mínima. IV. A energia de cada elétron removido da lâmina metálica é igual à energia do fóton que o removeu. Analisando as afirmativas, conclui-se que somente a) está correta a afirmativa I. b) está correta a afirmativa IV. c) estão corretas as afirmativas I e III. d) estão corretas as afirmativas II e IV. e) estão corretas as afirmativas III e IV.

7 Gabarito: Resposta da questão 1: [A] I. Verdadeira. Se a velocidade vetorial varia, está ocorrendo aceleração tangencial e/ou centrípeta, portanto, o movimento é acelerado. v II. Verdadeira. Da expressão que relaciona as velocidades angular ( ω ) e linear (v): ω. Se r a velocidade linear do elétron é constante, como o raio da órbita está diminuindo, a velocidade angular aumentará. III. Falsa. Se a carga do elétron fosse positiva, ele seria repelido, não ficando ligado ao núcleo. IV. Falsa.Pela conservação do momento angular, se o raio da órbita está diminuindo, a velocidade linear está aumentando (o elétron está acelerando). Também não há força repulsiva alguma, uma vez que o núcleo do átomo e o elétron têm cargas de sinais opostos. Resposta da questão 2: V - F - V - F - F. [V] - De acordo com o segundo postulado da teoria da relatividade restrita, a velocidade da luz no vácuo tem o mesmo valor para todos os observadores, qualquer que seja o seu movimento ou o movimento da fonte. [F] - De acordo com o primeiro postulado da teoria da relatividade restrita, as leis da física são as mesmas para todos os observadores em quaisquer sistemas de referência inerciais e isso não tem exceção. [V] - A afirmação está de acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg. [F] - De acordo com o modelo de Bohr, as órbitas estacionárias se caracterizam por terem o momento angular, e, não, o momento linear, como citado no exercício, como múltiplo da constante de Planck. [F] - Para separar completamente o elétron do núcleo do átomo de hidrogênio, no seu estado fundamental, é necessária uma energia maior que 13,6 ev. Resposta da questão 3: F V F F V. Justificando as falsas: ( F ) A partir do resultado do espalhamento de partículas por folhas metálicas finas, Rutherford concluiu que a densidade de carga positiva do modelo atômico de Thomson era muito maior que a real. Rutherfor concluiu que o átomo deveria ter toda a sua massa concentrada em um pequeno volume central, o núcleo, com carga positiva, em torno do qual girariam os elétrons. ( V ) A estabilidade do átomo de Bohr era garantida por um postulado, pois, de acordo com a física clássica, um elétron em movimento circular teria perdas de energia por irradiação devido a sua aceleração centrípeta. ( F ) De acordo com o modelo de Rutherford, os elétrons se distribuem em órbitas quantizadas na região ao redor do núcleo denominada eletrosfera. Esse é modelo de Bohr. ( F ) A razão entre as energias quantizadas de duas órbitas no modelo atômico de Bohr para o átomo de hidrogênio é igual a razão entre os números quânticos associados a estas k órbitas. A energia (E n ) das órbitas de ordem n é dada por E n. Portanto, a razão 2 n entre as energias é igual ao inverso do quadrado da razão entre os números quânticos associados a essas órbitas. ( V ) No modelo atômico de Bohr para o átomo de hidrogênio, o produto da velocidade do elétron pelo raio da órbita é quantizado.

8 Resposta da questão 4: = ) Correta. 02) Incorreta: quanto maior a intensidade luminosa, mais partículas são ejetadas. 04) Correta. 08) Incorreta: o trabalho sobre quantização da energia foi apresentado em 19 de outubro de por Max Karl Ernst Ludwig Planck. 16) Correta. 32) Incorreta: esse fenômeno é explicado apenas pela Física Moderna. 64) Incorreta: esse fenômeno é explicado apenas pela Física Quântica. Resposta da questão 5: [A] Tanto na desintegração Ra em Rn como na Po em Pb houve uma redução de massa equivalente a dois prótons e dois neutrons. Portanto, nos dois casos, houve emissão de partículas α. Resposta da questão 6: = ) Correto. É um postulado. 02) Correto. E = mc 2. 04) Correto. Conclusão experimental. 08) Errado. Estas reações são feitas em sistemas isolados e conservativos. 16) Errado. Temos ainda quarks, bósons, neutrino, pósitron, etc. Resposta da questão 7: [E] C 34 3x10 18 E 5hf 5h E 5x6,6x10 1,98x10 J. λ 9 500x10 Resposta da questão 8: [A] A partícula gama é uma radiação eletromagnética sem massa nem carga. I. Falsa. Carga nula. II. Verdadeira. A partícula gama é um fóton de radiação eletromagnética. III. Verdadeira. É um dos tipos de radiação emitida pelos núcleos de átomos radioativos. IV. Falsa. É mais penetrante na matéria do que os raios X, devido à sua maior frequência. Resposta da questão 9: [B] A partícula alfa que invalida a afirmação I. possui dois prótons e dois nêutrons e assim possui +2e de carga elétrica, o A partícula beta β pode ser um elétron ou um pósitron e neste sentido sua carga pode ser +e ou e. Sua massa de repouso é igual a do elétron, o que invalida a afirmação II. Disto se concluiu que a alternativa B terá que ser a correta, o que nos diz que a afirmação III deverá estar correta. Vamos a ela. α 8

9 A partícula gama γ é de fato um fóton e não possui carga elétrica e massa de repouso. Resposta da questão 10: [C] As opções (a), (b) e (d) apresentam fenômenos exclusivamente ondulatórios. Somente a opção (b) apresenta fenômenos de características corpusculares (efeito fotoelétrico) e ondulatórias (difração) Resposta da questão 11: [E] Os raios X são ondas eletromagnéticas que viajam no vácuo a velocidade da luz. Assim sendo, não pode ter massa de repouso, qualidade que o átomo de hidrogênio possui. Resposta da questão 12: [E] A energia liberada na fusão de dois átomos de deuteron provoca uma redução de massa igual a Δm 2m 1,99m 0,01m. Resposta da questão 13: [A] Resposta da questão 14: [C] Observe o gráfico abaixo. A meia vida de X é t. A meia vida de Y é 2t. Com isto, as afirmativas I e II são falsas. No instante 6t há, percentualmente, mais átomos radioativos de Y que de X. Portanto, um número maior de átomos X desintegraram-se. Portanto, a afirmativa III está correta. Resposta da questão 15: [C] I. Verdadeiro. K hf Φ II. Falso. Aumenta com a frequência III. Verdadeiro. A energia deve ser superior à função trabalho do material. IV. Falso. K hf Φ