PROBLEMAS RESOLVIDOS /

FÍSICA MODERNA / UFRGS 2001

Questão 28

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no texto abaixo.

A chamada experiência de Rutherford (1911-1913), consistiu essencialmente em lançar, contra uma lâmina muito delgada de ouro, um feixe de partículas emitidas por uma fonte radioativa. Essas partículas, cuja carga elétrica é .........., são conhecidas como partículas......... .

 

(A) positiva – alfa
(B) positiva – beta
(C) nula – gama
(D) negativa – alfa
(E) negativa – beta

 

Resolução:

Alternativa (A)

 

 

 

Experiência de Rutherford

No ano de 1898 Thomson criou a idéia do átomo como a esfera positiva com cargas negativas incrustadas: o modelo "panetone" ou "pudim com ameixas.

 

O átomo inteiro deveria ser neutro.

Ernest Rutheford e seus alunos - Hans Geiger (1882-1945) e Ernest Marsden (1889 - 1970) realizaram algumas experiências para pesquisar o problema de espalhamento de partículas alfa por uma fina folha de ouro.

Rutheford sabia que as partículas contêm carga +2e. O experimento causou a criação do novo modelo de átomo - o modelo "planetário" .

 

Em 1911, Ernest Rutherford realizou um experimento para testar o modelo pudim de ameixa. Ele atirou partículas \( \alpha \) aceleradas em uma folha de ouro e mediu a deflexão das partículas, quando saíam do outro lado.

 

A partir disso ele deduziu informações sobre a estrutura da folha.

Para entender como isso funciona, imagine um rifle para disparar um monte de neve solta: espera-se algumas balas a emergir do lado oposto com um desvio ligeiro e um pouco de perda de energia, dependendo de como regular a pilha está cheia.

Pode-se deduzir algo sobre a estrutura interna do monte, se sabemos a diferença entre o inicial (antes que bata a pilha) e final (após o que emerge da pilha) trajetórias das balas. Se o monte foram feitas de neve, solta pó, as balas seriam desviados muito pouco, se as balas foram desviados descontroladamente, podemos imaginar que havia um tijolo de dentro de material duro.

Rutherford esperava que todas as partículas seriam um pouco desviadas como uma faca atravessando o pudim de ameixa.

Ele descobriu que a maior parte das partículas que ele atirou na folha não foram desviadas. Atravessaram a folha metálica e sairam sem ser perturbadas.

Ocasionalmente, no entanto, as partículas foram espalhados em ângulos enormes. Enquanto a maioria das partículas \( \alpha \) passaram intactas, algumas delas refletiram. Imagine se algo como isto aconteceu no nosso monte de neve. Nós disparar balas para a pilha de dias, e cada rodada passa direto, imperturbável -, em seguida, uma bala atinge a neve, reflete de volta, e estilhaços de ações da arma!

 

Resultado de Rutherford levam a acreditar que a maior parte da folha é composta de espaço vazio, mas tinha extremamente pequeno, denso de nódulos no interior da matéria.

Nenhum outro modelo foi responsável pela dispersão ocasional em ângulos tão grandes . Com este experimento, Rutherford descobriu o núcleo.

 

 


 

Questão 29

A experiência de Rutherford ( 1911-1913), na qual uma lâmina delgada de ouro foi bombardeada com um feixe de partículas, levou à conclusão de que

 

(A) a carga positiva do átomo está uniformemente distribuída no seu volume.
(B) a massa do átomo está uniformemente distribuída no seu volume.
(C) a carga negativa do átomo está concentrada em um núcleo muito pequeno.
(D) a carga positiva e quase toda a massa do átomo estão concentradas em um núcleo muito pequeno.
(E) os elétrons, dentro do átomo, movem-se somente em certas órbitas, correspondentes a valores bem definidos de energia.

 

 

Resolução:

Alternativa (D)

 

 


 

 

Questão 30

Considere as seguintes afirmações sobre o efeito fotoelétrico.

I. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica atingida por radiação eletromagnética.

II. O efeito fotoelétrico pode ser explicado satisfatoriamente com adoção de um modelo corpuscular para a luz.

III. Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a frequência da luz incide nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal.

Quais estão corretas?

 

(A) Apenas I.
(B) Apenas II.
(C) Apenas I e II.
(D) Apenas I e III.
(E) I, II e III.

 

Resolução:

Alternativa (E)

 

O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação eletromagnética (como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material. Ele pode ser observado quando a luz incide numa placa de metal, literalmente arrancando elétrons da placa. Observado a primeira vez por Heinrich Hertz em 1887, o fenômeno é também conhecido por "efeito Hertz", não sendo porém este termo de uso comum.

Os elétrons que giram à volta do núcleo são aí mantidos por forças de atração. Se a estes for fornecida energia suficiente, eles abandonarão as suas órbitas. O efeito fotoelétrico implica que, normalmente sobre metais, se faça incidir um feixe de radiação com energia superior à energia de remoção dos elétrons do metal, provocando a sua saída das órbitas: sem energia cinética (se a energia da radiação for igual à energia de remoção) ou com energia cinética, se a energia da radiação exceder a energia de remoção do elétrons.

A grande dúvida que se tinha a respeito do efeito fotoelétrico era que quando se aumentava a intensidade da luz, ao contrário do esperado, a luz não arrancava os elétrons do metal com maior energia cinética. O que acontecia era que uma maior quantidade de elétrons era ejetado.

Por exemplo, a luz vermelha de baixa frequência estimula os elétrons para fora de uma peça de metal. Na visão clássica, a luz é uma onda contínua cuja energia está espalhada sobre a onda. Todavia, quando a luz fica mais intensa, mais elétrons são ejetados, contradizendo, assim a visão da física clássica que sugere que os mesmos deveriam se mover mais rápido (energia cinética) do que as ondas.

Quando a luz incidente é de cor azul, essa mudança resulta em elétrons muito mais rápidos. A razão é que a luz pode se comportar não apenas como ondas contínuas, mas também como feixes discretos de energia chamados de fótons. Um fóton azul, por exemplo, contém mais energia do que um fóton vermelho. Assim, o fóton azul age essencialmente como uma "bola de bilhar" com mais energia, desta forma transmitindo maior movimento a um elétron. Esta interpretação corpuscular da luz também explica por que a maior intensidade aumenta o número de elétrons ejetados - com mais fótons colidindo no metal, mais elétrons têm probabilidade de serem atingidos.

Em 1905, Einstein propôs uma teoria simples e revolucionária para explicar o efeito fotoelétrico, a qual considera que a luz é constituída por partículas sem massa, chamadas de fótons. Cada fóton carrega uma energia dada por hf, onde \(h=4,1 \times 10^{-15} eV.s \) é a constante de Planck, e f é a frequência da luz. Einstein relacionou a energia cinética, E, com que o elétron emerge da superfície do material, à frequência da luz incidente sobre ele e à função trabalho, W, através da equação \(E=hf-W \) . A função trabalho W corresponde à energia necessária para um elétron ser ejetado do material.

 


Problemas de Física Moderna: Vestibular UFRGS
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