Questões de Concurso
Comentadas sobre física moderna em física
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Considere o texto abaixo para responder à questão.
Considere dois fios retilíneos e paralelos carregadas com quantidade iguais de carga opostas e que se movimentam em relação a um observador com velocidade constante v na direção x conforme a representação abaixo. Os fios estão dispostos no plano xy com o comprimento na direção x.

I. As forças presentes nos fios são as mesmas e independem do referencial dos observadores.
II. As forças presentes em cada fio são diferentes para cada observador, mas a intensidade da resultante das forças em cada fio na direção y são iguais.
III. No referencial do segundo observador há uma força magnética resultante em cada fio na direção y, entretanto com menor intensidade quando comparada com o primeiro observador, devido a contração do espaço decorrente dos efeitos relativísticos entre os observadores.
IV. No referencial do segundo observador há uma força elétrica resultante em cada fio na direção y, entretanto com menor intensidade quando comparada com o primeiro observador devido a dilatação do espaço decorrente dos efeitos relativísticos entre os observadores.
V. Os efeitos relativísticos são sempre desprezíveis para problemas dessa natureza.
Estão corretas as afirmativas:
O modelo atômico do átomo de hidrogênio proposto por Niels Bohr, em 1913, apresentava o conceito de nuvem eletrônica, posteriormente reformado no contexto da física quântica.
A importância do movimento harmônico simples unidimensional reside no fato de que qualquer potencial unidimensional bem comportado matematicamente pode, em certas condições, ser aproximado por um potencial quadrático.
A noção de um elemento observador é crucial tanto na física quântica quanto na teoria da relatividade especial, de modo que, em ambas, o observador é concebido da mesma maneira.
O fenômeno da radiação de corpo negro dá-se quando um feixe de luz incide sobre a superfície negra de uma placa metálica e é refletido com energia quantizada.
No contexto da óptica geométrica, já se defendia, à época de Newton, um comportamento dual da luz, ainda que distinto do que se confirmou com o advento da física quântica.
O experimento da dupla-fenda apresentado por Thomas Young no início do século XIX não suscitou discussões, exceto quando se percebeu, no século seguinte, que ele representaria um comportamento ondulatório para o que se imaginou serem corpúsculos, no âmbito da física clássica.
A partir das definições de massa relativística (m) e de massa inercial (m0) e da equação E = mc2 , deriva-se um termo que representa a energia de repouso de um corpo.
A cosmogonia e a mitologia dos povos antigos foram as ideias embrionárias que, lentamente, ao longo de milênios, evoluíram para dar origem à cosmologia, à mecânica e à física.
A teoria da relatividade contribuiu para formar uma imagem realística sobre a natureza física, em particular acerca das relações entre teoria, matemática e experiência.
I. Protetores solares são produzidos a partir de uma mistura complexa de componentes dos quais apenas 10% a 30% são ingredientes ativos, que interagem fisicamente com os fótons da porção do espectro da radiação solar que podem causar câncer nas células a diferentes profundidades do tecido epitelial (pela interação em nível molecular com trechos da molécula de DNA) como o UVA e o UVB.
II. O processo de excitação eletrônica de átomos pode ocorrer a partir da absorção/interação dos elétrons dos átomos. A energia dos fótons é dada por E = h.f, onde h é a constante de Planck e f a frequência do fóton (em acordo com a dualidade partícula-onda). A frequência e o comprimento de onda estão relacionados por c = λf.
III. São quantidades físicas e constantes características úteis às estimativas nesse contexto:
UVB: 280 a 315 nm
UVA: 315 a 400 nm
Infravermelho: 0.8
Também são materiais utilizados em filtros solares substâncias ativas inorgânicas, como micro e nanopartículas de ZnO e o TiO2 - famosos na indústria de dispositivos semicondutores e da opto-eletrônica onde foram primeiramente descobertos, testados e compreendidos no contexto da física moderna de materiais (que explora as propriedades eletrônicas dos materiais utilizando a mecânica quântica). Nos dois casos se tratam de materiais semicondutores (característica normalmente associada à sua forma cristalina macroscópica), com aplicações bastantes intensas, em combinações com outros materiais, em, por exemplo, células solares e dispositivos emissores de luz.
Considere as afirmativas a seguir.
I. Por terem mais átomos que as ______, e por serem
mais regulares na distribuição geométrica dos átomos,
as micro/nanopartículas têm seus estados eletrônicos
agrupados em conjunto mais denso nas energias dos
estados eletrônicos (que ficam espalhados sobre a
estrutura molecular) do que no caso de moléculas.
Com o aumento de tamanho dessas partículas,
mantida a regularidade geométrica, esse
adensamento de estados eletrônicos aumenta e leva
ao surgimento de ______ de valência e condução que
estão separadas por uma lacuna vazia de estados,
também conhecida como gap.
II. No gráfico a seguir temos a absorbância de nanopartículas de TiO2 (taxa de absorção de fótons pelo material comparada com a potência irradiada sobre o material, valor medido em um detector óptico). Se considerarmos que as transições ficaram suficientemente intensas em torno de 400 nm, o ______ (acessível pelo processo de excitação óptica) do TiO2 pode ser estimado em cerca de ______ eV.

Assinale a alternativa que preencha correta e respectivamente as lacunas.
I. Protetores solares são produzidos a partir de uma mistura complexa de componentes dos quais apenas 10% a 30% são ingredientes ativos, que interagem fisicamente com os fótons da porção do espectro da radiação solar que podem causar câncer nas células a diferentes profundidades do tecido epitelial (pela interação em nível molecular com trechos da molécula de DNA) como o UVA e o UVB.
II. O processo de excitação eletrônica de átomos pode ocorrer a partir da absorção/interação dos elétrons dos átomos. A energia dos fótons é dada por E = h.f, onde h é a constante de Planck e f a frequência do fóton (em acordo com a dualidade partícula-onda). A frequência e o comprimento de onda estão relacionados por c = λf.
III. São quantidades físicas e constantes características úteis às estimativas nesse contexto:
UVB: 280 a 315 nm
UVA: 315 a 400 nm
Infravermelho: 0.8
Dentre os componentes mais comuns das substâncias ativas utilizadas na produção de protetores solares temos moléculas orgânicas, como o Avobenzone, também chamado 3 - (4-tert-Butylphenyl) - 1 - (4- methoxyphenyl)propane-1,3 -dione.

Em moléculas a excitação eletrônica pode levar à alterações estruturais (geométricas) na molécula, em virtude da redistribuição dos elétrons nos estados excitados em relação à distribuição no estado fundamental. O processo de alteração da geometria molecular pode então desencadear alteração na energia dos estados excitados e promover transições eletrônicas mais próximas em energia e mesmo produzir interações com o ambiente molecular. Assim, o processo de desexcitação pode ser acompanhado por uma complexa cadeia de transições eletrônicas graduais, em cascata, que resultam na emissão de fótons pouco energéticos que não oferecem riscos à estabilidade química das moléculas de DNA, como no infravermelho térmico.
Considere a energia associada à excitação por UVA
de 360 nm e a energia de fótons mais energéticos da
faixa do infravermelho, já seguros à saúde. Assinale
a alternativa que apresenta o valor correto da
diferença entre essas duas energias (com
aproximação em dois algarismos significativos).
Considere as afirmações a seguir que representam fenômenos experimentais que as contribuições Einstein estão relacionadas.
I. O tempo nos satélites de GPS passa de forma diferente que na Terra devido a velocidade e distância que orbitam. Para garantir a sua precisão de operação e funcionalidade é necessário a inclusão das correções relativísticas na contagem do tempo. II. A descoberta de Urano só foi possível a partir dos cálculos da Relatividade Geral, que indicaram a posição do planeta a ser explorada pelos telescópios. III. A cinemática relativística foi incorporada à teoria quântica moderna na medida em que elétrons em átomos pesados, principalmente em níveis eletrônicos mais profundos, podem apresentar valores altos para o momento. IV. Einstein é famoso pelo desenvolvimento do chamado princípio de incerteza, que ficou conhecido pelo experimento do gato de Schroedinger - que guarda relação até mesmo com a promissora tecnologia dos computadores quânticos.
Dentre as alternativas, assinale aquela que corretamente identifica as afirmações que consistem de interpretações adequadas e que representam quebras de paradigma da produção científica vindos do trabalho de Einstein.
A esse respeito, assinale a afirmativa correta.
Um elemento radioativo possui meia-vida de 4 anos.
Assinale a opção que indica o tempo decorrido para que uma amostra de atividade 2 Ci desse elemento se reduza a 0,25 Ci.
(ANJOS, J.C. e VIEIRA, C.L. Um olhar para o futuro – Desafios da física para o século 21. Rio de Janeiro: Vieira & Lent: FAPERJ, 2008.)
A partir desse experimento, Rutherford concluiu que
Sabendo que a função trabalho para o efeito fotoelétrico de uma superfície de prata é 6,9 × 10 −19 J e que a constante de Planck é igual a 6,3 × 10 −34 J . s, quando uma radiação ultravioleta de frequência 2,0 × 10 15 Hz incide sobre uma superfície de prata, causando a emissão de um elétron, a máxima energia cinética que esse elétron pode ter é

As radiações com maior poder de penetração são:

Diante dos fatos (e dos dados), podemos AFIRMAR que o módulo da velocidade da partícula, na direção x, e em relação ao referencial R', corresponde a aproximadamente: (Dados: c = 300.000 km/s).