Escola Secundária com 3º Ciclo do Ensino Básico Dr. Joaquim de Carvalho 3080-210 Figueira da Foz
Telefone: 233 401 050
Fax: 233 401 059
E-mail: esjcff@mail.telepac.pt
6º Teste de Avaliação Avaliação de Física 12º ano
25 de Maio de 2009 GRUPO I
Nas quatro questões deste grupo são indicadas quatro hipóteses, A, B, C e D, das quais só uma está correcta. Escreva, na sua folha de prova, a letra correspondente à alternativa que seleccionou. «Uma consequência notável da relatividade é a maneira como revolucionou as nossas concepções de espaço e de tempo. Na teoria de Newton, se um impulso de luz for enviado de um local para outro, observadores em diferentes referenciais inerciais estarão de acordo quanto ao tempo que essa viagem demorou (uma vez que o tempo é absoluto), mas não quanto à distância que a luz percorreu (uma vez que o espaço não é absoluto). Como a velocidade da luz é exactamente o quociente da distância percorrida pelo tempo gasto, diferentes observadores mediriam diferentes velocidades para a luz. Em relatividade (de Einstein), por outro lado, todos os observadores têm de concordar quanto à velocidade de propagação da luz. Continuam ainda, no entanto, a não concordar quanto à distância que a luz percorreu, pelo que também têm de discordar quanto ao tempo que demorou. O tempo gasto é apenas a distância – com que os observadores não concordam – dividida pela velocidade da luz – valor comum aos observadores. Por outras palavras, a teoria da relatividade acabou com a ideia do tempo absoluto! Parecia que cada observador obtinha a sua própria medida de tempo, registada pelo relógio que utilizava, e que relógios diferentes utilizados por observadores diferentes nem sempre coincidiam.» In Stephen H. Hawking, Breve História do Tempo, tradução de Ribeiro da Fonseca, revisão de João Félix Gomes da Costa, Gradiva, Lisboa (1988)
1. No LHC (Large Hadron Collider) os protões movem-se a 99,9999991% da velocidade da luz numa trajectória circular de 27 km de perímetro. c = 3,0x108 m s-1. Seleccione a alternativa correcta. (A) Para um observador no referencial ligado à Terra, o protão percorre a trajectória circular cerca de 1,1x104 vezes em cada segundo (B) Se o protão se movesse a uma velocidade 99,1% da velocidade da luz, o tempo necessário para dar uma volta completa seria, em relação à Terra, muito menor. (C) Se o protão se movesse a uma velocidade 99,1% da velocidade da luz, o tempo necessário para dar uma volta completa seria, no referencial próprio do protão, praticamente o mesmo. (D) Em relação ao referencial próprio do protão, o tempo necessário para descrever uma volta completa ao túnel é de 90 µs.
2. Admita que duas naves espaciais viajam a velocidades próximas da luz, c. A nave espacial Beta emite um feixe luminoso para a frente, como mostrado.
Qual é a velocidade do feixe luminoso para um observador na nave espacial Alfa? (A) A velocidade do feixe luminoso é igual a c. (B) A velocidade do feixe luminoso é menor do que c. (C) A velocidade do feixe luminoso é maior do que c. (D) É necessário conhecer os valores precisos da velocidade das naves espaciais
Página 1 de 4
6º Teste de Física – 12º ano
25/05/2009
3. Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase. Na teoria de Newton, que obedece à relatividade de Galileu, o intervalo de tempo entre dois acontecimentos … (A) … depende das velocidades dos observadores. (B) … é nulo se os dois acontecimentos ocorrem no mesmo local, em instantes diferentes. (C) … é o mesmo para todos os observadores. (D) … depende da posição dos observadores. 4. Seleccione a alternativa que completa correctamente a seguinte expressão. O Princípio da Relatividade de Einstein … (A) … generaliza o Princípio da Relatividade de Galileu. (B) …significa que as experiências electromagnéticas em referenciais que se movam com velocidades próximas da da luz, em relação à Terra, obedecem a leis diferentes (C) .… estabelece que a velocidade da luz no vácuo é um limite superior para a velocidade de um objecto, em relação a um referencial inercial. (D) … estabelece uma relação entre a massa de um corpo e a sua aceleração.
GRUPO II 1.
Em 2005, celebrou-se o Ano Mundial da Física, comemorando-se o centenário do “Ano das Maravilhas”, 1905, em que Albert Einstein publicou três artigos fundamentais que alteraram o modo como a Física descreve a Natureza. O segundo destes artigos, intitulado «Sobre um hipotético ponto de vista relativo à produção e transformação da luz», propôs a ideia de que a luz é constituída por grânulos discretos de energia, os quanta de luz (agora denominados fotões), e mostrou como podia ser utilizada para explicar o efeito fotoeléctrico. Einstein previu que a energia cinética dos electrões ejectados aumentaria linearmente com a frequência da luz. Mesmo após a confirmação experimental desta previsão, efectuada apenas em 1915, a explicação de Einstein não foi aceite por todos. Contudo, em 1921, quando lhe foi concedido o Prémio Nobel, e o seu trabalho sobre o efeito fotoeléctrico foi mencionado na declaração que acompanhava o prémio, a maioria dos físicos compreendeu que a equação hf = W +
1 2 m v estava correcta e que os quanta de luz realmente existiam. 2
1.1. Seleccione as alternativas que completam correctamente as frases seguintes. 1.1.1. A teoria proposta por Einstein para explicar o efeito fotoeléctrico constitui um exemplo de... (A) (A) … uma hipótese que não era baseada em resultados já conhecidos. (B) (B) … um modelo teórico cuja validade nunca foi universalmente reconhecida. (C) (C) … uma hipótese que previa um fenómeno físico desconhecido. (D) (D) … um modelo teórico mais tarde confirmado plenamente pela experiência. 1.1.2. Na expressão matemática do efeito fotoeléctrico presente no texto, a parcela identificada pelo símbolo W representa... (A) (A) … a energia cinética dos electrões. (B) (B) … a constante de Planck. (C) (C) … a energia dos quanta de luz incidentes. (D) (D) … a energia necessária para arrancar um fotoelectrão.
Página 2 de 4
Escola Secundária com 3º Ciclo do Ensino Básico Dr. Joaquim de Carvalho 3080-210 Figueira da Foz
Telefone: 233 401 050
Fax: 233 401 059
E-mail: esjcff@mail.telepac.pt
1.2. Quando a radiação electromagnética incide em metais podem ser arrancados electrões desses metais. Representando a energia cinética máxima dos electrões arrancados em função da frequência da radiação incidente encontra-se, para quatro metais, os gráficos da figura seguinte.
8
Energia cinétcia máxima/eV
7 6 Ca Al Fe
5 4
Be 3 2 1 0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
Frequência x1015/ Hz Quando se faz incidir radiação electromagnética de comprimento de onda 187 nm num dos metais indicado no gráfico, a energia cinética máxima dos electrões removidos é de 2,5 eV. (1 eV = 1,6x10-19 J; c = 3x108 m s-1; h = 6,6x10-34 J s) 1.2.1. Determine a frequência da radiação incidente. 1.2.2. Qual foi o metal utilizado? 1.2.3. Calcule a função trabalho do metal utilizado. 2.
O iodo-131, isótopo radioactivo do iodo usado em medicina para diagnóstico, decai emitindo uma partícula β-, radiação γ e um antineutrino. Este processo pode ser representado pela equação: 131 53 I
→ ZA X + β- + γ + antineutrino
No extracto da Tabela Periódica que se mostra abaixo localiza-se o iodo e outros elementos que nela se localizam próximo. 51
52
53
54
55
56
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
Antimónio
Telúrio
Iodo
Xénon
Césio
Bário
2.1. Identifique o elemento X na equação. 2.2. Determine o número atómico e o número de massa do elemento X. 2.3. Seleccione a alternativa correcta.
(A) As partículas β- são deflectidas por um campo magnético. (B) O poder de penetração das partículas β - é semelhante ao das partículas α. (C) As partículas β- e α possuem carga eléctrica com o mesmo sinal. (D) As partículas α não são deflectidas por um campo magnético. Página 3 de 4
6º Teste de Física – 12º ano 3.
25/05/2009
O enxofre-35 é um emissor beta com um tempo de meia-vida de 87,5 dias. Numa determinada amostra contendo este isótopo existe inicialmente 1,0 g de enxofre-35. A massa isotópica molar deste isótopo é 34,969 g mol-1; ; 1 Ci = 3,7x1010 Bq; 1 a = 365,25 d. 3.1. Qual é a massa de enxofre-35 ao fim de 87,5 dias? 3.2. Determine a constante de decaimento. 3.3. Qual é a actividade inicial da amostra expressa em curie? 3.4. Calcule o tempo necessário para que a actividade diminua 16 vezes.
4.
Um comboio desloca-se a uma velocidade v = 30 e x (m s −1 ) em relação a um referencial solidário com um
poste de electricidade. Faz-se deslizar, no piso do comboio, uma mala, com uma velocidade (em relação ao comboio) de 15 ms-1. Calcule a velocidade da mala em relação ao poste de electricidade, representando os vectores correspondentes às diferentes velocidades, quando a mala desliza: 4.1. No sentido do movimento do comboio. 4.2. Em sentido oposto.
5.
O gráfico representa a energia de ligação por nucleão, B
A
, em função do número de massa A para
vários isótopos estáveis.
Este gráfico apresenta um máximo para o ferro-56 ( 56 26 Fe ), de cerca de 8,8 MeV por nucleão. -19
1 eV = 1,6x10
8
J; c = 3,0x10 m s
-1
Determine a diferença de massa, em kg, entre os 56 nucleões que constituem o núcleo de ferro-56 e o próprio núcleo.
6.
O Sol emite, em cada segundo, 3,85 × 10
26
J . Qual é a sua perda de massa ao fim de 1 ano?
Página 4 de 4