Física Moderna: Teoria da Relatividade

Resolução:

Resolução:

I. São referenciais que se movem, uns em relação aos outros, com velocidade constante. (Verdadeira)

II. São referenciais que se movem, uns em relação aos outros, com velocidade variável. (Falsa)

III. Observadores em referenciais inerciais diferentes medem a mesma aceleração para o movimento de uma partícula. (Verdadeira)

Resolução:

A teoria da relatividade de Einstein diz que a velocidade da luz no vácuo é uma constante universal, e que nenhum objeto com massa pode atingir ou exceder essa velocidade. Portanto, o item (A) está incorreto.

A energia de um fóton é inversamente proporcional ao seu comprimento de onda. Portanto, o item (B) está incorreto.

A radiação eletromagnética é emitida por todos os corpos, inclusive os corpos negros. Portanto, o item (D) está incorreto.

A dualidade onda-partícula afirma que a matéria e a radiação eletromagnética possuem propriedades de partículas e de ondas. Portanto, o item (E) está incorreto.

Portanto, a resposta correta é a (C), um elétron, ao ser freado bruscamente, pode emitir raios-X.

Aqui está uma explicação mais detalhada:

Efeito fotoelétrico:

O efeito fotoelétrico é um fenômeno físico no qual a incidência de radiação eletromagnética em uma superfície metálica provoca a emissão de elétrons. Os elétrons emitidos são chamados de fotoelétrons.

A energia dos fotoelétrons emitidos é proporcional à frequência da radiação incidente, mas não à sua intensidade. Isso significa que, mesmo que a intensidade da radiação incidente seja muito alta, os fotoelétrons emitidos terão sempre a mesma energia, desde que a frequência da radiação seja maior que a frequência de corte do material.

Emissão de raios-X:

Quando um elétron é freado bruscamente, ele pode emitir um fóton de raios X. Isso ocorre porque o elétron perde energia quando é freado, e essa energia pode ser emitida na forma de um fóton de raios X.

Portanto, um elétron, ao ser freado bruscamente, pode emitir raios-X.

Resolução: A proposição I é correta porque a matéria pode exibir um comportamento ondulatório, conforme previsto pela dualidade onda-partícula.

A proposição II é correta porque o modelo de Bohr afirma que apenas certas órbitas estáveis são permitidas ao elétron.

As proposições III e IV são incorretas. A proposição III é incorreta porque o efeito fotoelétrico depende da frequência da onda incidente. A proposição IV é incorreta porque a matéria pode ser convertida em energia, conforme previsto pela equação de Einstein E = mc².

Portanto, as proposições corretas são I e II, apenas.

Aqui está uma explicação mais detalhada:

Proposição I:

A matéria pode exibir um comportamento ondulatório, conforme previsto pela dualidade onda-partícula. A dualidade onda-partícula afirma que a matéria e a radiação eletromagnética possuem propriedades de partículas e de ondas.

Por exemplo, os elétrons, que são partículas, podem se comportar como ondas, conforme observado no experimento de difração de Davisson-Germer.

Proposição II:

O modelo de Bohr afirma que apenas certas órbitas estáveis são permitidas ao elétron. Isso ocorre porque o elétron pode emitir ou absorver energia na forma de fótons.

Quando o elétron está em uma órbita permitida, ele não emite ou absorve energia. No entanto, quando o elétron está em uma órbita não permitida, ele pode emitir ou absorver energia para ir para uma órbita permitida.

Proposição III:

O efeito fotoelétrico depende da frequência da onda incidente. Isso ocorre porque a energia dos fotoelétrons emitidos é proporcional à frequência da onda incidente.

Portanto, a proposição III está incorreta.

Proposição IV:

A matéria pode ser convertida em energia, conforme previsto pela equação de Einstein E = mc². Essa equação afirma que a energia equivale à massa multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado.

Portanto, a proposição IV está incorreta.

Resolução:

A relação entre resistência elétrica e corrente em um reostato sob tensão constante é dada pela equação:

V = I * R

onde V é a tensão, I é a corrente e R é a resistência.

Essa equação é uma relação linear, pois a corrente é diretamente proporcional à tensão, ou seja, o aumento da tensão provoca um aumento da corrente na mesma proporção.

As outras opções de resposta são relações lineares:

(A), Pressão e temperatura, na transformação isovolumétrica de um gás ideal.

A relação entre pressão e temperatura, na transformação isovolumétrica de um gás ideal, é dada pela equação:

P * V = constante

onde P é a pressão, V é o volume e constante é uma constante física.

Essa equação é uma relação linear, pois a pressão é inversamente proporcional ao volume, ou seja, o aumento do volume provoca uma diminuição da pressão na mesma proporção.

(B), Força de atração gravitacional entre dois corpos e produto de suas massas, mantida constante a distância entre eles.

A força de atração gravitacional entre dois corpos é dada pela equação:

F = G * m1 * m2 / r^2

onde G é a constante gravitacional, m1 e m2 são as massas dos dois corpos e r é a distância entre eles.

Essa equação é uma relação linear, pois a força é diretamente proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância.

(C), Força resultante e aceleração, para um corpo em movimento.

A segunda lei de Newton afirma que a força resultante é igual ao produto da massa do corpo pela sua aceleração.

F = m * a

Essa equação é uma relação linear, pois a força é diretamente proporcional à aceleração.

(E), Quadrado da velocidade escalar e espaço percorrido, para o movimento de um corpo em queda livre a partir do repouso.

A equação de Torricelli para o movimento de queda livre a partir do repouso é dada por:

s = (1/2) * g * t^2

onde s é o espaço percorrido, g é a aceleração da gravidade e t é o tempo de queda.

Essa equação é uma relação linear, pois o espaço percorrido é diretamente proporcional ao quadrado do tempo de queda.

Resolução:

Albert Einstein recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921 por sua explicação teórica do efeito fotoelétrico, que forneceu uma base para a teoria quântica da luz.

As outras opções de resposta são incorretas:

(A): A expressão E = m² não é uma descoberta de Einstein, mas sim uma consequência da relatividade geral.

(B): A relatividade especial foi uma das grandes contribuições de Einstein para a física, mas não foi o trabalho pelo qual ele recebeu o Prêmio Nobel.

(C): A relatividade geral foi outra grande contribuição de Einstein para a física, mas não foi o trabalho pelo qual ele recebeu o Prêmio Nobel.

(E): O princípio da incerteza foi uma descoberta de Werner Heisenberg, e não de Einstein.

Portanto, a resposta correta é a (D), Efeito Fotoelétrico.

Aqui está uma explicação mais detalhada:

Efeito Fotoelétrico:

O efeito fotoelétrico é um fenômeno físico no qual a incidência de radiação eletromagnética em uma superfície metálica provoca a emissão de elétrons. Os elétrons emitidos são chamados de fotoelétrons.

Einstein explicou o efeito fotoelétrico pela teoria quântica da luz, que afirma que a luz é composta de partículas chamadas fótons. Os fótons possuem energia que é proporcional à frequência da luz.

A explicação de Einstein do efeito fotoelétrico foi um grande avanço na física, pois forneceu uma base para a teoria quântica da luz.

Einstein recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921 por sua explicação do efeito fotoelétrico.

Resolução:

A energia solar é produzida no núcleo do Sol, onde átomos de hidrogênio se fundem para formar átomos de hélio. Essa fusão nuclear libera uma grande quantidade de energia, que é irradiada para o espaço na forma de radiação eletromagnética, incluindo a luz visível.

As outras opções de resposta são incorretas:

(A): As reações de fissão nuclear são responsáveis pela energia das usinas nucleares.

(C): As reações de dissociação molecular são responsáveis pela quebra de moléculas em átomos ou íons.

(D): As correntes elétricas de grande intensidade não são uma fonte de energia.

(E): As colisões intermoleculares não são uma fonte de energia.

Portanto, a resposta correta é a (B), reações de fusão nuclear.

Aqui está uma explicação mais detalhada:

Reações de fusão nuclear:

A fusão nuclear é um processo pelo qual dois núcleos atômicos se combinam para formar um núcleo atômico maior. Essa fusão libera uma grande quantidade de energia, que é proporcional à massa dos núcleos atômicos envolvidos.

No núcleo do Sol, os átomos de hidrogênio se fundem para formar átomos de hélio. Essa fusão libera uma grande quantidade de energia, que é irradiada para o espaço na forma de radiação eletromagnética, incluindo a luz visível.

Energia solar:

A energia solar é a energia eletromagnética irradiada pelo Sol. Essa energia é utilizada por plantas e animais para a fotossíntese, e também é utilizada por humanos para diversas aplicações, como a geração de eletricidade e o aquecimento de água.

A energia solar é uma fonte de energia renovável e sustentável, pois não produz gases de efeito estufa.

Resolução:

A resposta correta é (E), pois o silício é um semicondutor do tipo N quando é dopado com uma substância que tem um elétron a mais na sua camada de valência. O silício tem quatro elétrons na sua camada de valência, portanto, uma substância com um elétron a mais terá cinco elétrons na sua camada de valência.

As outras opções são incorretas porque:

(A) está incorreta porque o silício é um semicondutor do tipo N quando é dopado com uma substância que tem um elétron a mais na sua camada de valência, não um elétron a menos.

(B) está incorreta porque o silício é um semicondutor do tipo N quando é dopado com uma substância que tem um elétron a mais na sua camada de valência, não dois elétrons a mais.

(C) está incorreta porque o silício é um semicondutor do tipo N quando é dopado com uma substância que tem um elétron a mais na sua camada de valência, não três elétrons a mais.

(D) está incorreta porque o silício é um semicondutor do tipo N quando é dopado com uma substância que tem um elétron a mais na sua camada de valência, não quatro elétrons a mais.

Portanto, a resposta correta é (E).

Aqui está uma explicação mais detalhada sobre o processo de doping:

O doping é um processo que adiciona impurezas a um material semicondutor para alterar suas propriedades elétricas. No caso do silício, que é um semicondutor do tipo P, o doping com uma substância que tem um elétron a mais na sua camada de valência cria um material semicondutor do tipo N.

O silício tem quatro elétrons na sua camada de valência, que é a camada mais externa do átomo. Quando o silício é dopado com uma substância que tem um elétron a mais na sua camada de valência, esse elétron extra fica livre para se mover pelo material. Esses elétrons livres são chamados de portadores de carga majoritária, e são responsáveis pelas propriedades elétricas do material semicondutor do tipo N.

Os semicondutores do tipo N são usados em uma variedade de aplicações, incluindo transistores, diodos e circuitos integrados.

Resolução:

I. Corpos em movimento sofrem contração na direção desse movimento em relação ao tamanho que possuem quando medidos em repouso. (Verdadeiro)

II. Um relógio em movimento funciona mais lentamente que o relógio em repouso, para um observador em repouso. (Verdadeiro)

III. A velocidade de qualquer objeto em relação a qualquer referencial não pode ser maior que a velocidade da luz no vácuo. (Verdadeiro)

Resolução:

I. O tempo transcorre da mesma maneira em qualquer referencial inercial, independente da sua velocidade. (Falso)

II. O comprimento dos corpos diminui na direção do movimento. (Verdadeiro)

III. Quando a velocidade de um corpo tende à velocidade da luz (c), sua massa tende ao infinito. (Verdadeiro)

Resolução: