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OUTRAS AULAS:
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1 - AS QUATRO FORÇAS FUNDAMENTAIS
As diferentes forças que aparecem na Natureza podem ser explicadas em termos de quatro interações fundamentais que apresentamos a seguir. 1 - força nuclear forte (também chamada de força hadrônica)
: somente ocorre entre as partículas elementares chamadas hádrons, que incluem, entre outras, os prótons e nêutrons, constituintes do núcleo atômico.
A força nuclear forte atua em escala nuclear, tendo, portanto, um alcance extremamente curto da ordem de 10-15m. Ela é a responsável pela manutenção ou coesão do núcleo atômico, mantendo os quarks unidos para formarem os prótons e nêutrons e mantendo estes últimos unidos no núcleo do átomo, apesar da força de repulsão eletrostática entre os prótons. As forças nucleares fortes diminuem rapidamente com a separação das partículas e são desprezíveis a distância de alguns diâmetros nucleares. Estas forças são atrativas para distâncias maiores do que 0,4. 10-15 m e repulsivas para distâncias menores do que este valor. 2 - Força eletromagnética: inclui as formas elétricas a as forças magnéticas. Esta força existe entre partículas eletrizadas e pode ser atrativa ou repulsiva. Ela explica a ligação entre os elétrons e os núcleos atômicos e também a união entre os átomos para formarem as moléculas. Além disso, a responsável pela emissão de radiação eletromagnética, quando os átomos passam de um estado excitado para o seu estado fundamental.
3 - Forças nucleares fracas: Elas ocorrem entre elétrons e prótons e entre elétrons e nêutrons; atua em escala nuclear, com alcance ainda menor que o da força nuclear forte; a responsável pelo processo de emissão de elétrons pelos núcleos de certas substancias radioativas, denominadas desintegrações betas.
4 - força gravitacional:
é a força atrativa que existe entre partículas dotadas de massa. É a mais fraca de todas as interações fundamentais. Por exemplo, a força de repulsão eletrostática entre dois prótons é cerca 1036 vezes maior do que a respectiva força gravitacional entre eles.
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A força gravitacional entre a Terra e um corpo em suas proximidades é o peso do corpo. A força gravitacional que o Sol aplica sobre um planeta é responsável pelo seu movimento orbital.
A força gravitacional que a Terra exerce na Lua ou em qualquer outro satélite artificial é responsável pela manutenção de sua órbita. As forças gravitacionais que o Sol e a Lua exercem sobre os oceanos são responsáveis pelas marés. A força gravitacional, embora seja a mais fraca interação fundamentais, e a mais importante na Astronomia, para explicar a formação de estrelas, galáxias planetas pelas seguintes razões: (1) Continua atuando em corpos eletricamente neutros. (2) É sempre atrativa a torna-se muito intensa, porque, em escala astronômica, as massas dos corpos tornam-se extremamente grandes. Todas as demais forças que aparecem na Física devem ser reduzidas a essas quatro interações fundamentais. A interação nuclear forte a nuclear fraca, devido seu alcance extremamente curto, da ordem das dimensões do núcleo dos átomos, só têm relevância para explicar fenômenos em escala nuclear. Do ponto de vista macroscópico, só tem importância as interações eletromagnética e gravitacional. A estrutura dos átomos e as forças interatômicas estão ligados à interação eletromagnética. EXERCÍCIOS
1. Fará a melhor correspondência entre as letras a os números: (A) Interação forte. (B) interação eletromagnética. (C) interação gravitacional. (1) Explica o sistema solar. (2) Curtíssimo raio de ação. (3) Atrativa ou repulsiva a explica a união entre os átomos para a formação de moléculas. Resposta: A - 2; B - 3; C - 1 2. Classifique cada uma das forças a seguir em relação as quatro interações fundamentais: nuclear forte, nuclear fraca, eletromagnética a gravitacional. (A) força de atrito. (B) reação normal de apoio. (C) força aplicada por um fio. (D) Peso de um corpo. (E) força de atração entre dois prótons no núcleo de um átomo. (F) força envolvida na emissão de um elétron pelo núcleo de um átomo. |
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RESOLUÇÃO:
(A) eletromagnética (B) eletromagnética (C) eletromagnética (D) gravitacional (E) nuclear forte (F) nuclear fraca
2 - Física Quântica.
1 – Introdução. Numa reunião da Sociedade alemã de Física, a 14 de dezembro de 1900, Max Planck apresentou seu artigo “Sobre a Teoria da Lei de distribuição do espectro Normal”. Este artigo, que a princípio atraiu pouca atenção, foi o início de uma revolução na física. A data de sua apresentação é considerada como sendo a do nascimento da física quântica. Diversos caminhos convergiram nessa concepção, cada um deles mostrando um dos aspectos onde falhava a física clássica. Os fenômenos experimentais que vamos discutir em conexão com a antiga teoria quântica abrangem todas as disciplinas da física clássica: mecânica, termodinâmica, mecânica estatística e eletromagnetismo. Suas repetidas contradições com as leis clássicas, e a resolução desses conflitos com base nas idéias quânticas, vão nos mostrar a necessidade da mecânica quântica. Assim como a teoria da relatividade, a física quântica representa uma generalização da física clássica, que inclui as leis clássicas como casos especiais. Assim como a relatividade estende o campo de aplicação das leis físicas para a região de grandes velocidades, a física quântica estende estende esse campo à região de pequenas dimensões; e, assim como uma constante universal fundamental, a velocidade da luz c, caracteriza a relatividade, também uma constante universal de significação fundamental, a chamada constante de Planck h, caracteriza a física quantica. Planck introduziu essa constante em seu artigo de 1900, quando tentava explicar as propriedades observadas da radiaçãotérmica. Vamos agora começar a examinar essa radiação. Seremos levados por esse estudo à constante de Planck e ao conceito quântico extremamente relevante a ela relacionando, o fato de que a energia assume valores discretos. Também veremos que, por sua vez, a radiação térmica tem considerável importância e é hoje em dia bastante relevante. Por exemplo, o fenômeno recentemente ajudou os astrofísicos na escolha de teorias sobre a origem do universo. 2 - Radiação térmica. A radiação emitida por um corpo devido à sua temperatura é chamada radiação térmica. Todo corpo emite esse tipo de radiação para o meio que o cerca, e dele a absorve. Se um corpo está inicialmente mais quente do que o meio, ele irá se esfriar, porque a sua taxa de emissão de energia excede à taxa de absorção. Quando o equilíbrio térmico é atingido, as taxas de emissão e absorção são iguais. A temperaturas usuais, a maioria dos corpos é visível para nós não pela luz que emitem, mas pela luz que refletem. Se nenhuma luz incidir sobre eles, não os podemos ver. A temperaturas muito altas, no entanto, os corpos tem luminosidade própria. Podemos vê-los brilhar num quarto escuro; mas mesmo a temperaturas da ordem de muitos milhares de Kelvin, bem mais de 90% da radiação térmica emitida é invisível para nós, estando na região do infravermelho do espectro eletromagnético. Portanto, corpos com luminosidade própria são muito quentes. De maneira mais geral, a forma detalhada do espectro da radiação térmica emitida por um corpo quente depende de algum modo da composição desse corpo. No entanto, a experiência nos mostra que há um tipo de corpo quente que emite espectros térmicos de carater universal. Esses corpos são chamados corpos negros, isto é, corpos cujas superfícies absorvem toda a radiação térmica incidente sobre eles. O nome é apropriado porque esses corpos não refletem luz e são negros. Max Planck concluiu que a energia luminosa é emitida, de modo descontínuo, isto é, agrupada em quantidades bem definidas (pacotes de energia) que foram chamados de fótons de energia. Cada radiação eletromagnética é definida por sua freqüência f que, para a luz visível, cresce do vermelho para o violeta na seqüência em que as cores aparecem no arco-íris: Vermelho – alaranjado – amarelo – verde – azul - anil e violeta. O "quantum" de energia, isto é, a quantidade de energia E, associado a cada fóton de luz, é proporcional à freqüência f da radiação: E=hf
h = constante de Planck = 6,62. 10-34 J.s
Einstein comprovou que a energia luminosa também se propaga e é absorvida de modo descontínuo, isto é, através dos fótons de luz. Assim, quando a luz se propaga no espaço, a energia luminosa não está presente em toda a região varrida pela luz, mas sim concentrada em "pacotes" de energia, verdadeiros grãos de energia que são os fótons de luz e que correspondem aos "quanta" de energia apresentados por Planck.
3. EFEITO - FOTOELÉTRICO
Quando determinado tipo de luz atinge a superfície de um metal, observa-se que o metal passa a emitir elétrons. Esse fenômeno é chamado de efeito fotoelétrico. O efeito fotoelétrico foi explicado em 1905 por Einstein e lhe valeu o prêmio Nobel de Física. Einstein propôs que, no efeito fotoelétrico, um fóton é inteiramente absorvido por um único elétron em um tipo de interação semelhante à colisão entre duas partículas. |
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Para que o elétron seja emitido, é necessário que a e Energia transportada pelo fóton de luz (E = h f) seja superior à energia de ligação (  ) entre o elétron e o núcleo do átomo.
A energia cinética com que o elétron abandona o átomo é a diferença entre a energia do fóton e a energia de ligação a ser vencida: 
Portanto, para que uma luz consiga arrancar elétrons de um metal, ela deve ter uma freqüência adequada dada por: 
Se fizermos um gráfico da energia cinética do elétron emitido em função da freqüência da luz incidente, teremos: Observe que, como cada elétron só pode absorver um único fóton, é irrelevante para o valor da energia cinética a intensidade da luz incidente, importando apenas a freqüência (cor) dessa luz.
3. DUALIDADE ONDA - PARTÍCULA: LOUIS DE BROGLIE
O efeito fotoelétrico mostrou que a luz, embora tenha natureza ondulatória, pode ter comportamento análogo ao de uma partícula (partícula de energia que é o fóton). Este comportamento dual onda-partícula se aplica, não apenas para a luz, mas para todas as partículas. Assim para uma partícula em movimento a intensidade da onda associada, num dado ponto, é proporcional à probabilidade de se encontrar a partícula naquele ponto. Um fóton de luz monocromática de freqüência  e comprimento de onda  transporta energia  e quantidade de movimento  dados por:
 Analogamente, a uma partícula em movimento, com quantidade de movimento e energia cinética , associamos uma onda de e comprimento de onda dados por:
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EXERCÍCIOS
1 - (UFMG) Raios X e ondas de rádio estão se propagando no vácuo. Os raios X têm comprimento de onda igual a 7,2.10-11m e as ondas de rádio, comprimento de onda igual a 3,0m. Sejam EX a energia dos fótons de raios X, ER a energia dos fótons da onda de rádio e VX e VR respectivamente, os módulos de suas velocidades de propagação. Com base nessas informações, é correto afirmar que: a) EX > ER e VX = VR b) EX = ER e VX = VR c) EX > ER e VX > VR d) EX = ER e VX > VR 2 - (Pucmg 99) O efeito fotoelétrico consiste: a) na existência de elétrons em uma onda eletromagnética que se propaga em um meio uniforme e contínuo. b) na possibilidade de se obter uma foto do campo elétrico quando esse campo interage com a matéria. c) na emissão de elétrons quando uma onda eletromagnética incide em certas superfícies. d) no fato de que a corrente elétrica em metais é formada por fótons de determinada energia. e) na idéia de que a matéria é uma forma de energia, podendo transformar-se em fótons ou em calor. 3 - (Ufrs 96) Considere as duas colunas a seguir, colocando no espaço entre parênteses o número do enunciado da coluna A que mais relação tem com o da coluna B. Coluna A 1. Existência do núcleo atômico 2. Determinação da carga do elétron 3. Caráter corpuscular da luz 4. Caráter ondulatório das partículas Coluna B ( ) Hipótese de de Broglie ( ) Efeito fotoelétrico ( ) Experimento de Millikan ( ) Experimento de Rutherford A relação numérica correta, de cima para baixo, na coluna B, que estabelece a associação proposta, é: a) 4 - 3 - 2 - 1. b) 1 - 3 - 2 - 4. c) 4 - 2 - 3 - 1. d) 4 - 3 - 1 - 2. e) 4 - 1 - 2 - 3. |
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4 - (Uf - MG) A presença de um elemento atômico em um gás pode ser determinada verificando-se as energias dos fótons que são emitidos pelo gás, quando este é aquecido.
No modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio, as energias dos dois níveis de menor energia são: E1 = - 13,6 eV E2 = - 3,40 eV. Considerando-se essas informações, um valor POSSÍVEL para a energia dos fótons emitidos pelo hidrogênio aquecido é a) -17,0 eV. b) -3,40 eV. c) 8,50 eV. d) 10,2 eV. 5 – (Uf –MG) Dois feixes de raios X, I e II, incidem sobre uma placa de chumbo e são totalmente absorvidos por ela. O comprimento de onda do feixe II é três vezes maior que o comprimento de onda do feixe I. Ao serem absorvidos, um fóton do feixe I transfere à placa de chumbo uma energia E1 e um fóton do feixe II, uma energia E2. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que: a) E2 = 9 E1 b) E2 = E1 c) E2 = 3 E1 d) E2 = 1/3 E1 6 – UFRS) Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo. O ano de 1900 pode ser considerado o marco inicial de uma revolução ocorrida na física do século XX. Naquele ano, Max Planck apresentou um artigo à Sociedade Alemã de Física, introduzindo a idéia da ____________ da energia, da qual Einstein se valeu para, em 1905, desenvolver sua teoria sobre o efeito fotoelétrico. a) conservação b) quantização c) transformação d) conservação e) propagação RESPOSTAS 1 – A 2 – C 3 – A 4 – D 5 – D 6 – B |
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