Eletricidade - Aula 39 (continuação)

Exercícios de Revisão

 
Revisão/Ex 1:
(UFRN)
Cláudia, ginasta e estudante de Física, está encantada com certos apelos estéticos presentes na Física Teórica. Ela ficou fascinada ao tomar conhecimento da possibilidade de uma explicação unificadora para todos os tipos de forças existentes no universo, isto é, que todas as interações fundamentais conhecidas na natureza (gravitacional, eletromagnética, nuclear fraca e nuclear forte) poderiam ser derivadas de uma espécie de superforça. Em suas leituras, ela pôde verificar que, apesar dos avanços obtidos pelos físicos, o desafio da grande unificação continua até os dias de hoje. Cláudia viu, em um de seus livros, um diagrama ilustrando a evolução das principais ideias de unificação ocorrida na Física.

Na execução da coreografia anterior, podemos reconhecer a existência de várias forças atuando sobre a ginasta Cláudia e/ou a corda. Forças de atrito, peso, tração e reação do solo (normal) podem ser facilmente identificadas. Esse conjunto de forças, aparentemente, não está contemplado no diagrama que mostra as interações fundamentais do universo. Isso pode ser compreendido, pois, em sua essência, as forças

a) de atrito e peso são de origem eletromagnética. 
b) normal e peso são de origem gravitacional.
c) normal e de tração são de origem eletromagnética.
d) de atrito e de tração são de origem gravitacional. 

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Revisão/Ex 2:
(UEL-PR)
O LHC (Large Hadron Collider), maior acelerador de partículas do mundo, foi inaugurado em setembro de 2008, após 20 anos de intenso trabalho. Sua função é acelerar feixes de partículas, de tal forma que estes atinjam uma velocidade estimada em cerca de 99,99% da velocidade da luz. A colisão entre prótons será tão violenta que a expectativa é de se obterem condições próximas àquelas que existiram logo após o Big Bang.
A primeira missão desse novo acelerador é estudar partículas indivisíveis (elementares) e as forças (interações) que agem sobre elas. Quanto às forças, há quatro delas no universo: 

i) a, responsável por manter o núcleo atômico coeso; 
ii) a, que age quando uma partícula se transforma em outra; 
iii) a, que atua quando cargas elétricas estão envolvidas. 
iv) a quarta força é a (a primeira conhecida pelo ser humano).
(Adaptado: BEDIAGA, I. LHC: o colosso criador e esmagador de matéria. Ciência Hoje. n. 247, v. 42. abr. 2008. p. 40.)

No texto, foram omitidas as expressões correspondentes às nomenclaturas das quatro forças fundamentais da natureza, em acordo com a teoria mais aceita no meio científico hoje.

Assinale a alternativa que apresenta, correta e respectivamente, os nomes dessas forças.

a) força gravitacional, força nuclear fraca, força eletromagnética, força nuclear forte.
b) força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca, força gravitacional.
c) força nuclear forte, força nuclear fraca, força eletromagnética, força gravitacional.
d) força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca.
e) força nuclear fraca, força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética.

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Revisão/Ex 3:
(FESP-UPE)
Assinale, na coluna I, as afirmativas verdadeiras e na coluna II, as falsas. 
Em relação às Forças Fundamentais da Natureza.

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Revisão/Ex 4:
(UFMT)
Na Física Contemporânea, todos os fenômenos podem ser descritos pelas quatro Forças Naturais:

• a Gravitacional, que atua entre corpos e partículas que possuem massa.
• a Eletromagnética, que atua entre corpos e partículas que possuem carga elétrica.
• a Nuclear Forte, que atua entre prótons e nêutrons no interior do núcleo dos átomos.
• a Nuclear Fraca, que é responsável pelos processos de transformação de um próton em um nêutron, ou vice-versa.

Assim sendo, uma reação química é uma manifestação:

a) da força gravitacional.
b) da força nuclear forte.
c) da força eletromagnética.
d) da força nuclear fraca.
e) de uma combinação das forças gravitacional e eletromagnética.

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b
Desafio:

a) Quais são as forças fundamentais da natureza?

b) Coloque em ordem decrescente de intensidade as forças fundamentais da natureza.

c) Associe a coluna da esquerda com a coluna da direita.

I) força gravitacionalxxxxxxxxxxxx1) F = K 
II) força eletromagnéticaxxxxxxxx2) Força que mantém a coesão dos núcleos xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxatômicos 
III) força nuclear fortexxxxxxxxxxx3) força que produz instabilidade em certos xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxnúcleos atômicos
IV) força nuclear fracaxxxxxxxxxxx4) F = G

d) Associe a coluna da esquerda com a coluna da direita

I) força gravitacionalxxxxxxxxxxxx1) força de atrito
II) força eletromagnéticaxxxxxxxx2) Força peso 
III) força nuclear fortexxxxxxxxxxx3) força entre prótons e nêutrons no interior xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxde núcleos atômicos
IV) força nuclear fracaxxxxxxxxxxx4) força responsável pela emissão de xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxelétrons por parte dos núcleos de xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxalgumas substâncias radioativas

A resolução será publicada no próximo sábado.

Resolução do desafio anterior:

De acordo com o modelo de Bohr, os níveis de energia do átomo de hidrogênio são dados por E_n = -13,6/n², em eV.

a) Qual é a energia associada a cada nível de energia representado no esquema: nx=x1 (estado fundamental); n = 2 (1º estado excitado); n = 3 (2º estado excitado); nx=x4; n = 5; n = 6; n → ∞ (o átomo está ionizado, isto é, o elétron foi removido do átomo).
 
b) Em que transições apresentadas no esquema, o elétron absorve energia?
 
c) Das transições indicadas, calcule a de maior frequência que pode ser  emitida.
d) Qual é a mínima energia necessária para ionizar o átomo a partir do estado fundamental?

Dado: h = 4,14.10^-15 eV.s é a constante de Planck

Resolução:

a)

n = 1 => E₁ = -13,6 eV; 

n = 2 => E₂ = -3,40 eV; 

n = 3 => E₃ = -1,51 eV
n = 4 => E₄ = -0,85 eV; 

n = 5 => E₅ = -0,54 eV; 

n = 6 => E₆ = -0,38 eV
n → ∞ => E_∞ = 0
 

b) 

Das transições indicadas no esquema, o elétron absorve energia quando passa de um nível de menor para um nível de maior energia. Isto ocorre nas transições: 

de n = 1 para n = 4 e de n = 2 para n = 5.

c) 

Das transições indicadas no esquema, o elétron emite energia quando passa de um nível de maior para um nível de menor energia. Isto ocorre nas transições:
 

de n = 3 para n = 1: E = -1,51eV-(-13,6eV) = 12,09 eV
de n = 6 para n = 3: E = -0,38eV-(-1,51eV) = 1,13 eV
 

Das transições dadas a de n = 3 para n = 1 é a de maior frequência:
 

E = hf => 12,09 = 4,14.10^-15.f => f = 2,92.10¹⁵ Hz
 

d) 

A mínima energia necessária para ionizar o átomo, a partir do estado fundamental, é dada por E = 0 -(-13,6 eV) = 13,6 eV
 

Respostas:

a)  
E₁ = -13,6 eV; E₂ = -3,40 eV; E₃ = -1,51 eV; E₄ = -0,85 eV; 
E₅ = -0,54 eV; E₆ = -0,38 eV; E_∞ = 0

b)
de n = 1 para n = 4 e de n = 2 para n = 5

c) 
2,92.10¹⁵ Hz

d)
13,6 eV