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Física 02 – UniENEM/PIAP - 2017

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DISCIPLINA: FÍSICA 02

INTRODUÇÃO.

Este estudo é um convite para compreender

através da física muitos dos fenômenos da

natureza que são observados pelo homem. Será

necessário recorrer a biologia, astronomia,

química e as mais diversas áreas do

conhecimento. Para analisarmos os fenômenos

que a natureza realiza, devemos tomar ciência

das formas mais elementares que ela apresenta,

que são através das interações fundamentais.

INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS DA

NATUREZA

I- Interação Gravitacional: Esta interação atua

em todas as partículas que possuem massa,

sendo que ela corresponde aos fenômenos de

movimento de corpos celeste e qualquer objeto

macroscópico. Porém ela apresenta limitações

quando aplicada em níveis atômicos. Esta é a

interação que possuem a menor intensidade

sendo na ordem de 10-38.

II- Interação Eletromagnética: Presente na

maioria dos processos químicos e biológicos.

Um exemplo é a oxidação de uma esponja de

aço por uma solução de sulfato de cobre. Sua

intensidade está na ordem 10-2.

III- Interação Forte: Mantém os prótons e

nêutrons (conhecidos como núcleos) ligados ao

núcleo do átomo. Sua intensidade está na ordem

de 1.

IV- Interação Fraca: Responsável pela

radiação beta. Este nome é devido ser de menor

intensidade que a forte. Sua intensidade é na

ordem de 10-5.

O objetivo desta apostila é se concentrar na

interação eletromagnética, faremos o percurso

feito pelos estudiosos até chegar no

eletromagnetismo que conhecemos hoje. O que

podemos adiantar é que esta interação era

estudada separadamente, portanto a eletricidade

e o magnetismo eram vistos como áreas

distintas.

I CAPÍTULO: ELETROSTÁTICA

Neste capítulo estudaremos o

nascimento e as estruturas bases de um ramo

da física capaz de descrever diversos

fenômenos que se encontram em crescente

presença na vida atual do homem, estamos

falando da eletricidade. Com o advento da

tecnologia o homem já não mais se vê distante

de eletrodomésticos e dispositivos eletrônicos,

sendo que estes sempre estão à procura de

aprimoramentos, que só são alcançados devido

aos avanços científicos deste ramo. No final,

deste estudo você estará apto a compreender

fenômenos que facilitaram a sua vida, desde

um simples acionamento de uma lâmpada ao

movimento de cargas elétricas em nível

atômico.

1. O QUE É ELETRICIDADE?

É o ramo da física que estuda os

fenômenos relacionados as cargas elétricas.

Podemos dividi-la em duas:

- ELETROSTÁTICA: estuda as cargas

elétricas em repouso.

- ELETRODINÂMICA: estuda cargas

elétricas em movimento.

1.1 CARGA ELÉTRICA.

O primeiro a estudar as cargas elétricas foi

o filósofo grego Tales, que viveu na cidade de

Mileto, no século VI a. C. Ele observou que um

pedaço de âmbar (um tipo de resina) após ser

atritado com pele de animal, adquiria a

propriedade de atrair corpos leves (como

pedaços de palha e sementes de grama). Os

termos “elétrico” e “eletricidade” derivam da

palavra âmbar que no grego significa élektron.

As cargas elétricas estão presentes em

nosso corpo, camisas, tapetes, maçanetas e

etc. Na verdade todos os corpos possuem

cargas elétricas (Halliday e David, 1916). É

possível observar o comportamento das cargas

ao atritar um pente em seu cabelo seco,

fazendo isso, você irá conseguir atrair

pequenos pedaços de papel.

Isto pode parecer apenas curioso, mas na

verdade é essencial entender este fenômeno,

pois se você for manipular qualquer

microcircuito, ou seja, uma placa eletrônica de


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celular, notebook ou qualquer outro aparelho,

sem conhecer estes conceitos você pode

danifica-la.

Existem dois tipos de cargas:

Positiva

Negativa

Princípio de repulsão e atração das cargas

elétricas:

Cargas elétricas de SINAIS IGUAIS se

REPELEM.

Positiva com Positiva.

Negativa com Negativa

Cargas elétricas de SINAIS DIFERENTES

se ATRAEM.

Positiva com Negativa

1.2 COMO UM CORPO SE ELETRIZA?

Quando dois corpos são atritados um

contra o outro, um adquiri cargas positivas e o

outro fica com excesso de cargas negativas.

Por exemplo, na Figura 1 temos uma barra de

vidro e um pedaço de lã ambos inicialmente

neutros (a), depois de atrita-los um com outro

(b) temos que os dois ficam eletrizados (c)

Figura 1 Eletrização por atrito

Para compreender este processo devemos

lembrar que os objetos são constituídos de

átomos, que por sua vez possuem:

Prótons: Estão localizados no núcleo do

átomo e possuem carga elétrica positiva;

Elétrons: Se movem em torno do núcleo e

possuem carga elétrica negativa;

Nêutrons: Também estão localizados no

núcleo e não possui carga elétrica.

Na Figura 2 temos a representação do

átomo de carbono que possui 6 elétrons, 6

prótons e 6 neutros.

Carga Elétrica: A carga elétrica faz

parte da matéria, ou seja, toda matéria

apresenta carga elétrica. A matéria é

constituída por átomos e moléculas que

se unem para formar os diferentes tipos

de materiais.


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Figura 2. Átomo de carbono.

Portanto a eletrização ocorre devido a

Transferência de Elétrons. Ao atritarmos dois

corpos, há transferência de elétrons de um

corpo para o

outro.

Com isto, o um corpo pode estar:

I) Neutro: número de prótons é igual ao

número de elétrons, de modo que a carga

elétrica (carga líquida) no corpo é nula;

II) Eletrizado positivamente: Excesso de

prótons;

III) Eletrizado negativamente: Excesso de

elétrons.

Conclui-se que ao atritamos uma barra de vidro

com lã, há passagem de elétrons da barra para a

lã. Assim, o vidro, que era neutro e perdeu

elétrons, fica eletrizado positivamente. A lã, que

também era neutra e ganhou elétrons, fica

eletrizada negativamente.

1.3 CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA.

Em todo processo de eletrização, a soma

das cargas dos corpos envolvidos se conserva,

permanecendo a mesma no final. Portanto, o

princípio da conservação das cargas elétricas

pode ser enunciado assim:

3

Num sistema eletricamente isolado, a soma

das cargas no início do processo é igual à soma

no final.

Isto sugere que as cargas não podem ser

criadas e nem destruídas no processo de

eletrização entre um corpo e outro.

Os prótons e nêutrons não se deslocam

nesse processo, pois estão firmemente

presos ao núcleo do átomo);

Esclarecimento

Um bastão eletricamente carregado

atrai uma bolinha condutora A e repele

uma bolinha B. Nessa situação:

a) a bolinha B está eletricamente

neutra.

b) Ambas as bolinhas estão carregadas

com cargas idênticas.

c) ambas as bolinhas podem estar

eletricamente neutras.

d) a bolinha B está carregada com

carga positiva.

e) a bolinha A pode estar eletricamente

neutra.


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1.4 CONDUTORES E ISOLANTES

Em todos os átomos existe uma força de

atração entre prótons e elétrons que mantém a

órbita dos elétrons em torno do núcleo. Entretanto,

existem átomos cujos elétrons estão firmemente

ligados às suas órbitas e outros com condições de

se deslocarem de uma órbita para outras. Os

primeiros elétrons denominamos elétrons presos e

os outros elétrons livres.

Bons condutores: Estes materiais

apresentam em seus átomos um grande número de

elétrons livres. Como exemplo de materiais bons

condutores podemos citar o ouro, a prata, o cobre,

o alumínio, o ferro e o mercúrio.

Isolante: Não existe ou a presença de

elétrons livres nos átomos é desprezível. A

madeira, o vidro, a porcelana, o papel e a

borracha classificam-se como isolantes.

1.5 TIPOS DE ELETRIZAÇÃO

Aprendemos no item 1.2, que um corpo

pode ser eletrizado quando é atritado com

outro corpo. Existem outros dois processos aos

quais um corpo pode ser eletrizado, são eles:

Eletrização por Contanto:

Consiste em eletrizar um corpo

inicialmente neutro com outro corpo

previamente eletrizado. Na Figura 3, o corpo B

está neutro, enquanto que o corpo A está

carregado positivamente.

Figura 2 Eletrização por contato

Em (a), os corpos A e B estão isolados se

afastados. Colocados em contato (b), durante

breve intervalo de tempo, elétrons livres irão de

B para A. Após o processo (c), A e B

apresentam-se eletrizados positivamente,

porém A agora apresenta carga menor do que

apresentava no início.

Caso o corpo A estivesse carregado

negativamente e o corpo B neutro, durante o

contato (b), elétrons livres iriam de A para B,

fazendo com que ambos os corpos

apresentassem carga negativa.

Eletrização por Indução:

Ao Aproximar um bastão eletrizado

positivamente Figura 4, de um condutor não

Sejam dois corpos idênticos A e B. O

corpo A tem uma carga elétrica de

+4Q e o corpo B uma carga de –2Q.

Admitamos que, de um modo

conveniente, houve uma troca de

cargas entre os corpos. Qual será a

carga elétrica total do sistema após

esta troca?

Solução: De acordo com o princípio da

conservação das cargas, a quantidade de

carga total no final é igual à quantidade

de carga total no início da troca, isto é:

Carga total no início do processo:

4Q + (-)2Q = 2Q

Logo, a carga total no final do processo é

de 2Q.


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eletrizado, apoiado em um suporte isolante,

pode-se observar que os elétrons livres,

existentes em grande quantidade no condutor

são atraídos pela carga positiva do bastão. A

aproximação do bastão carregado provoca no

condutor, uma separação de cargas, embora,

como um todo, ele continue neutro (sua carga

total é nula). Esta separação de cargas em um

condutor, provocada pela aproximação de um

corpo eletrizado, é denominada indução

eletrostática.

Figura 3 Eletrização por indução

1.6 LEI DE COULOMB

A Eletrostática considera a interação entre

cargas elétricas em repouso, para um

observador em um sistema de referencial

inercial ou movendo-se com uma velocidade

muito baixa. A lei de Coulomb é responsável

por descrever esta interação entre as cargas

elétricas. Segundo Coulomb, a intensidade da

força de atração ou repulsão entre duas cargas

elétricas

• É diretamente proporcional à quantidade de

carga de cada corpo e, portanto, ao seu

produto.

• É inversamente proporcional ao quadrado da

distância entre as cargas.

• Depende do meio onde estão colocadas as

cargas.

Considere duas cargas q1 e q2 de mesmo

sinal, a uma distância d Figura 5.

Figura 4 Interação entre cargas elétricas

A força eletrostática da interação entre a

cargas q1 e q2 é expressa matematicamente:

Onde: F: intensidade da força de atração ou

repulsão [unidade Newton (N)]

K: constante eletrostática (seu valor depende

do meio e do sistema de unidades utilizado)

q1 e q2: módulos das cargas puntiformes

[unidade Coulomb (C)]

d: distância entre as cargas [unidade metro

(m)]

QUESTÕES

QUESTÃO 1

De acordo com a Lei de Coulomb, assinale

a alternativa correta:

a) A força de interação entre duas cargas é

proporcional à massa que elas possuem;

b) A força elétrica entre duas cargas independe da distância entre elas;

c) A força de interação entre duas cargas

elétricas é diretamente proporcional ao

produto entre as cargas;

d) A força eletrostática é diretamente proporcional à distância entre as cargas;

e) A constante eletrostática K é a mesma

para qualquer meio material.

Praticando

c)


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Analise cada uma das seguintes afirmações relacionadas com eletricidade e indique se é verdadeira (V) ou falsa (F).

( )Uma esfera metálica eletricamente neutra, ao ser aproximada de um bastão de vidro positivamente carregado, pode sofrer uma força de atração elétrica.

( ) Em uma esfera metálica eletricamente carregada, as cargas distribuem-se uniformemente, ocupando o volume da esfera.

( ) Uma carga elétrica positiva colocada entre duas cargas negativas é repelida por ambas. Quais são, respectivamente, as indicações corretas?

(a) V, F, F

(b) V, F, V

(c) V, V, F

(d) F, V, V

(e) V, V, F

QUESTÃO 2

Três esferas metálicas idênticas, X, Y e Z,

estão colocadas sobre suportes feitos de

isolante elétrico e Y está ligada à terra

por um fio condutor, conforme mostra a

figura.

X e Y estão eletricamente neutras, enquanto Z

está carregada com uma carga elétrica q. Em

condições ideais, faz-se a esfera Z tocar

primeiro a esfera X e em seguida a esfera Y.

Logo após este procedimento, qual carga

elétrica das

esferas X, Y e Z, respectivamente?

(a) q/3, q/3 e q/3

(b) q/2, q/4 e q/4

(c) q/2, q/2 e nula

(d) q/2, nula e q/2

(e) q/2, nula e nula

QUESTÃO 3

Selecione a alternativa que apresenta as palavras que preenchem corretamente as duas lacunas, respectivamente.

I – A carga elétrica de um corpo que apresenta um número de elétrons ____________ ao número de prótons, é positiva. II – Nos cantos de uma caixa cúbica condutora, eletricamente carregada, a densidade de carga é ___________ que nos centros de suas faces.

(a) superior – maior que

(b) superior – a mesma

(c) inferior – maior que

(d) inferior – menor que

(e) inferior – a mesma

QUESTÃO 4

Duas esferas condutoras descarregadas, X e Y, colocadas sobre suportes isolantes, estão em contato. Um bastão carregado positivamente é aproximado da esfera X, como mostra a figura.

Em seguida, a esfera Y é afastada da esfera X,

mantendo-se o bastão em sua posição. Após

esse procedimento, as cargas das esferas X e

Y são, respectivamente,

(a) nula, positiva

(b) negativa, positiva

(c) nula, nula

(d) negativa, nula

(e) positiva, negativa


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QUESTÃO 5

As figuras 1 e 2 representam as esferas W,

X, Y e Z, suspensas por barbantes, e um

bastão B. As esferas e o bastão encontram-

se eletricamente carregados.

Na figura 1, o bastão B atrai as duas esferas.

Na figura 2, esse bastão, com a mesma carga

elétrica que possuía na figura 1, atrai a esfera

Y e repele a Z. As cargas elétricas das esferas

W, X, Y e

Z podem ser respectivamente:

(a) + - + +

(b) - - + -

(c) + + - +

(d) - + - -

(e) + + + -

QUESTÃO 6

Duas esferas metálicas pequenas, A e B de massas iguais, suspensas por fios isolantes, conforme representa a figura, são carregadas com cargas elétricas positivas que valem respectivamente q na esfera A e 2q na esfera B. Sendo F1 a força elétrica exercida por A sobre B, e F2 a força elétrica exercida por B sobre A, pode-se afirmar que:

(a) F1 = F2

(b) F1 = 2F2

(c) F2 = 2F1

(d) F1 = 4F2

(e) F2 = 4F1

QUESTÃO 7

Qual o gráfico que melhor representa a

maneira como varia o módulo F da força

que uma carga elétrica puntiforme exerce

sobre outra quando a distância r entre

elas é alterada?

QUESTÃO 8

(Pucmg 2004) -Assinale a afirmativa

CORRETA sobre o conceito de carga

elétrica.

a) É a quantidade de elétrons em um corpo.

b) É uma propriedade da matéria.

c) É o que é transportado pela corrente elétrica.

d) É o que se converte em energia elétrica em

um circuito.

QUESTÃO 9

(Puccamp 1998) - Os relâmpagos e os

trovões são consequência de descargas

elétricas entre nuvens ou entre nuvens e o

solo. A respeito desses fenômenos,

considere as afirmações que seguem.

I. Nuvens eletricamente positivas podem induzir

cargas elétricas negativas no solo.

II. O trovão é uma consequência da expansão

do ar aquecido.


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III. Numa descarga elétrica, a corrente elétrica

é invisível sendo o relâmpago a consequência

da ionização do ar.

Dentre as afirmações,

a) somente I é correta.

b) somente II é correta.

c) somente III é correta.

d) somente I e II são corretas.

e) I, II e III são corretas.

QUESTÃO 10

(Vunesp-SP) Assinale a alternativa que apresenta o que as forças dadas pela lei da Gravitação Universal de Newton e pela lei de Coulomb têm em comum. a) Ambas variam com a massa das partículas que interagem. b) Ambas variam com a carga elétrica das partículas que interagem. c) Ambas variam com o meio em que as partículas interagem. d) Ambas variam com o inverso do quadrado da distância entre as partículas que interagem. e) Ambas podem ser tanto de atração como de repulsão entre as partículas que interagem. QUESTÃO 11

(UFRR) - A intensidade da força atuando entre duas cargas de mesmo sinal é F, quando as cargas estão separadas por uma distância d. Se a distância entre as cargas é reduzida à metade, então a intensidade da força entre as cargas: a) quadruplica b) se reduz à metade c) se reduz de quatro vezes d) duplica e) se mantem constante QUESTÃO 12

(MACKENZIE) – Duas cargas elétricas puntiformes, quando separadas pela distância D, se repelem com uma forca de intensidade F. Afastando-se essas cargas, de forma a duplicar a distância entre elas, a intensidade da forca de repulsão será igual a:

a) √2𝐹

b) 2𝐹 c) 𝐹/4

d) 𝐹/2 e) 𝐹/8 QUESTÃO 13

(FEI-SP) Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã, inicialmente nêutrons. Pode-se afirmar:

a) só a lã fica eletrizada b) só o bastão fica eletrizado c) o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo sinal d) nenhuma das anteriores e) o bastão e a lã se eletrizam com cargas de mesmo valor absoluto e sinais opostos GABARITO

1) A 7) A 13) E

2) E 8) B

3) C 9) E

4) B 10) D

5) E 11) D

6) A 12) C


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2. CAMPO ELÉTRICO

Campo elétrico é a região do espaço ao

redor de uma carga elétrica, em que esta

exerce efeitos eletrostáticos. A carga geradora

do campo é denominada carga fonte (Q). Uma

carga de valor pequeno (que não altere o

campo da carga fonte) usada para detectar o

campo gerado é denominada carga de prova

(qp).

A equação fundamental do campo elétrico

expressa a força sofrida pela carga de prova

(q) no referido campo elétrico da carga fonte

(Q) e é dada por:

O campo elétrico é uma grandeza vetorial,

possuindo módulo, direção e sentido, veremos

o que significa cada um deles:

Sua unidade no sistema internacional de medidas é: d2

E= Newton

Coulomb=

N

C

-Direção: Reta que une a carga de prova à carga fonte. -Sentido: Depende do sinal da carga fonte.

2.1 LINHAS DE CAMPO ELÉTRICO

As linhas de campo permitem representar

um campo elétrico, que são traçadas tangente

ao vetor campo elétrico em cada ponto do

campo.

As linhas de campo obedecem a seguinte

regra:

I) Em cargas positivas se afastam (Onde

começam).

Figura 5 Carga Pontual Positiva

II) Em cargas negativas se aproximam

(Onde terminam).

Figura 6 Carga Pontual Negativa

As linhas de campo elétrico podem informar a intensidade desse campo numa dada região. Tomando o exemplo da Figura 8, quando as linhas estão próximas (superfície A) a intensidade é maior, quanto mais afastadas a intensidade do campo elétrico diminui (superfície B).

2.2 REGRAS PARA DESENHAR LINHAS DE CAMPO.

Figura 9 Intensidade do campo elétrico

No caso da mecânica temos que a energia

potencial gravitacional depende da altura da

partícula, da mesma forma a energia potencial

elétrica depende da posição da partícula

carregada pelo campo elétrico.


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As linhas para um conjunto de cargas pontuais devem iniciar nas positiva e terminar nas negativas Figura 10.

O número de linhas é proporcional a intensidade da carga elétrica.

Duas linhas de campo nunca devem se cruzar.

Figura 10 Linhas de campo de cargas

3. ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA

Nesta seção aprenderemos um aspecto

importante da eletricidade que é o potencial

elétrico, ao qual irá facilitar a compreensão de

muitos fenômenos elétricos, que até o

momento só tínhamos a força elétrica como

ferramenta para obter os resultados físicos. Isto

porque deixaremos de trabalhar com uma

grandeza vetorial (a força elétrica) para estar

trabalhando com uma grandeza escalar (o

potencial elétrico).

Quando uma força eletrostática age sobre

duas ou mais partículas podemos associar uma

energia potencial elétrica Ep a este sistema.

Na variação da energia potencial a força

eletrostática F exerce um trabalho T sobre as

partículas, com isto temos que a variação de

energia potencial é:

3. 1. POTENCIAL ELÉTRICO

A energia potencial elétrica por unidade

de carga elétrica é conhecida como potencial

elétrico representado pela letra V:

Observe que o potencial V é uma grandeza

escalar.

A diferença de potencial entre dois

pontos A e B é:

Lembrando que a variação da energia potencial

elétrica é igual ao trabalho realizado Equação

4, temos que a diferença de potencial na

Equação 6 pode ser escrita como:

A diferença de potencial também chamada

de voltagem ou tensão entre dois pontos.

Portanto, quando se diz que a voltagem entre

dois pontos é muito grande (alta voltagem), isto

significa que o campo elétrico realiza um

grande trabalho sobre uma carga que se

desloca entre estes dois pontos.

A unidade no S. I. do potencial elétrico é

obtida pela Equação 5 que a voltagem 1J/C.

Esta unidade é denominada 1 volt= 1V, em

homenagem ao físico Alessandro Volta,

Analogia Física Atual


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3.2. VOLTAGEM EM UM CAMPO UNIFORME.

Quando uma partícula se desloca em um

campo elétrico, o campo exerce uma força que

realiza um trabalho sobre a partícula. Podemos

visualizar na Figura 11 o exemplo de uma

carga elétrica entre duas placas planas e

paralelas que geram um campo de intensidade

, neste caso a carga q sofre um deslocamento

d de um ponto A até um ponto B.

Figura 11. Deslocamento d de uma carga elétrica q

O trabalho realizado no deslocamento da

carga elétrica é dado pelo produto entre a força

F distância d:

Substituído a Equação 2 em Equação 8, temos

que:

A diferença de potencial pode ser calcular

da através do trabalho encontrado na Equação

9, para isto basta substitui-lo na Equação 7:

Portanto temos que a diferença de potencial

entre dois pontos quaisquer é dada por:

O trabalho da força elétrica resultante, que

age em q, não depende da forma da trajetória,

que

liga A em B, depende apenas do ponto de

O elétron-volt

Esta unidade de medida para a energia é

conveniente quando estamos tratando de

dimensões atômicas ou subatômicas. Um

elétron-volt (eV) é a energia igual ao trabalho

necessário para deslocar uma carga elementar e

de um elétron ou um de próton, através da

diferença de potencial de um volt, de acordo

com a Equação 7 o valor absoluto deste trabalho

é:

1(eV)= e(1V)

= (1,60x10-19C)(1J/C)= 1,60x10-19

A organização europeia para pesquisa nuclear,

mais conhecida como CERN, possui o maior

colisor de partículas do mundo o (LHC), que

acelera prótons a 7 TeV. Uma comparação

interessante com este valor é o exemplo de um

mosquito com massa de 60 mg, voando a 20

cm/s, a energia cinética obtida por ele é

aproximadamente 7 TeV. Entretanto, o

mosquito possui trilhões de partículas que

compõe suas moléculas, enquanto que o LHC

concentra a energia esta energia em apenas um

próton, que comparado com cada ramo temos o

equivalente a energia cinética de uma

motocicleta de 150 kg com uma velocidade de

150 km/h. Portanto se uma pessoa fosse atingida

por um ramo de prótons seria equivalente ao

choque de uma motocicleta a 150 km/h.


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partida

A e do ponto de chegada B. Esse trabalho é

positivo (trabalho motor), pois a força elétrica

está a favor do deslocamento. Se q fosse

levada de B até A, a força elétrica teria sentido

contrário ao deslocamento e o trabalho seria

negativo (trabalho resistente).

3.3. SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS

Quando uma superfície cujos pontos

possuem o mesmo potencial é denominada

superfície equipotencial. Podendo ser uma

superfície imaginaria ou real. Na Figura 12

temos seções retas de superfícies

equipotencial de um campo uniforme.

Figura 12 Linhas de campo e superfícies equipotenciais

Nestas superfícies o campo elétrico não

realiza nenhum trabalho T sobre uma partícula

carregada quando se desloca de um ponto a

outro. Este resultado pode ser obtido através

da Equação 7:

Como nas superfícies equipotenciais os

pontos possuem os mesmos potenciais temos

que Vi= Vf , logo a equação acima fica:

As superfícies equipotenciais produzidas

por uma carga pontual ou qualquer distribuição

com simetria esférica são uma família de

esferas concêntricas Figura 12 para uma carga

pontual e Figura 13 para um dipolo elétrico.

Figura 13 Superfície Equipotencial

Figura 14 Superfícies equipotenciais de um dipolo

Portanto as superfícies equipotenciais

são sempre linhas perpendiculares ao campo

elétrico.

3. 4. CAPACITÂNCIA E CAPACITORES

O capacitor é dispositivo utilizado para

armazenar cargas elétricas, por exemplo, em

uma câmera fotográfica um capacitor

carregado fornece energia com certa rapidez

para o acionamento do flash. Um capacitor é

constituído de dois condutores separados por

um isolante (ou imersos no vácuo).


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Figura 15 Capacitores

A simbologia utilizada nos diagramas de

circuitos para um capacitor é:

Onde nesse símbolo as linhas verticais

representam os condutores e as linhas

horizontais os terminais dos condutores. Um

método de carregar um capacitor é conectando

os seus dois terminais em dois terminais de

uma bateria Figura 16.

Figura 16. Capacitor C conectado a uma bateria B.

Em um capacitor a carga q e a diferença de

potencial V são proporcionais, ou seja,

A constante de proporcionalidade C é chamada

de capacitância do capacitor, seu valor é em

função da geometria das placas e não depende

da carga nem diferença de potencial. No

sistema de unidades a capacitância é coulomb

por volt, que recebe o nome de farad

1 farad= 1F= 1 coulomb por volt= 1C/V

Submúltiplos:

1microfarad= 1µF= 10-6F

1nonofarad= 1nF= 10-9F

1picofarad= 1pF= 1012F

3. 5. ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES

Os capacitores de um circuito às vezes

podem ser substituídos por um capacitor

equivalente, ou seja, um conjunto de

capacitores pode ser representado por um

único capacitor com a mesma capacitância.

Isto ocorre através da associação de

capacitores que pode ser em paralelo ou em

série, veja cada um desses caso:

3.5.1 CAPACITORES EM SÉRIE

Na associação em série, a armadura

negativa de um capacitor está ligada à

armadura positiva do seguinte e assim

sucessivamente.

Figura 17. Associação em série.

Na associação em série, todos capacitores

apresentam a mesma carga Q, temos para

cada capacitor:


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A diferença de potencial produzida pela bateria

é dada pela soma desses três diferentes

potenciais, assim:

Logo o capacitor equivalente será:

3.5.2 CAPACITORES EM PARALELO

Na associação em paralelo, as armaduras

positivas estão ligadas entre si, apresentando o

mesmo potencial VA, e as armaduras negativas

também estão ligadas entre si, possuindo o

potencial comum VB.

Figura 18. Associação em paralelo.

Para obtermos a capacitância equivalente

devemos utilizar a equação 13 em cada

capacitor, sendo que nesta configuração a

diferença de potencial é constante:

A carga total dos capacitores da figura 18 é:

Por fim a capacitância equivalente é

3.6. ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA

ARMAZENADA POR UM CAPACITOR

O gerador, ao carregar o capacitor,

fornece-lhe energia potencial elétrica W. Essa

energia é proporcional ao produto da carga

armazenada no capacitor pela ddp a ele

submetida, ou seja:

Sabendo que

Temos que a Equação 14 fica:

Note que a energia potencial elétrica de

uma

associação qualquer de capacitores é a soma

das

energias potenciais elétricas dos capacitores

associado e ainda, igual à energia potencial

elétrica do capacitor equivalente.

QUESTÕES

QUESTÃO 14

(Puccamp 1995) Considere o campo elétrico

gerado pelas cargas elétricas Q1 e Q2,

positivas e de mesmo módulo, posicionadas

como indica o esquema adiante. Nesse

campo elétrico, uma partícula P eletrizada

positivamente, submetida somente às forças

de repulsão de Q1 e Q2, passa, em

movimento retilíneo, pelos pontos M, N e R.

Nessas condições, o movimento da partícula

P é


15 | P á g i n a

A) uniforme no trecho de M a R.

B) retardado, no trecho de M a N.

C) acelerado, no trecho de M a N.

D) retardado no trecho de N a R.

E) uniformemente acelerado no trecho de M a R

QUESTÃO 15

(Puccamp 1995) Duas cargas elétricas + Q e

localizadas, respectivamente, nos pontos M

e N indicados no esquema a seguir.

Considerando os pontos 1, 2, 3 e 4 marcados

no esquema, o campo elétrico resultante da

ação dessas cargas elétricas é nulo

A) somente no ponto 1

B) somente no ponto 2

C) somente nos pontos 1 e 2

D) somente nos pontos 3 e 4

E) nos pontos 1, 2, 3 e 4

QUESTÃO 16

(Pucmg 1997) A figura representa duas

cargas elétricas fixas, positivas, sendo q1 >

q2. Os vetores campo elétrico, devido às

duas cargas, no ponto médio M da distância

entre

elas, estão mais bem representados em:

QUESTÃO 17

(Puccamp 2000) Considere o esquema

representando uma célula animal, onde (1) é

o líquido interno, (2) é a membrana da célula

e (3) o meio exterior à célula.

Considere, ainda, o eixo X de abcissa x, ao

longo do qual pode ser observada a intensidade

do potencial elétrico. Um valor admitido para o

potencial elétrico V, ao longo do eixo X, está

representado no gráfico a seguir, fora de escala,

porque a espessura da membrana é muito

menor que as demais dimensões.

De acordo com as indicações do gráfico e

admitindo 1,0.10-8m para a espessura da

membrana, o módulo do campo elétrico

no interior da membrana, em N/C, é igual a

QUESTÃO 18

(Pucpr 2001) As linhas de força foram

idealizadas pelo físico inglês Michael

Faraday com o objetivo de visualizar o

campo elétrico numa região do espaço. Em

cada ponto de uma linha de força, a direção

do campo elétrico é tangente à linha. Qual

das afirmações abaixo NÃO corresponde a

uma propriedade das linhas de força?

A) As linhas de força de um campo elétrico

uniforme são paralelas e equidistantes entre si.

B) Para uma carga puntiforme positiva, as

linhas de força apontam "para fora" da carga.

C) As linhas de força "convergem" para cargas

puntiformes negativas.

D) Nas vizinhanças da superfície de um

condutor isolado e carregado, as linhas de força

são perpendiculares à superfície.


16 | P á g i n a

E) As linhas de força do campo elétrico são

sempre fechadas.

QUESTÃO 19

(Pucrs 1999) A figura a seguir representa um

campo elétrico não uniforme, uma carga de

prova q quaisquer no interior do campo.

O campo elétrico é mais intenso no ponto

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

QUESTÃO 20

(Pucmg 2003) As linhas de força de um

campo elétrico são um modo conveniente de

visualizar o campo elétrico e indicam a

direção do campo em qualquer ponto. Leia

as opções abaixo

e assinale a afirmativa INCORRETA.

a) O número de linhas que saem ou que entram

numa carga puntiforme é proporcional ao valor

da carga elétrica.

b) As linhas de força saem da carga negativa e

entram na carga positiva.

c) As linhas de força saem da carga positiva e

entram na carga negativa.

d) O número de linhas por unidade de área

perpendicular às linhas é proporcional à

intensidade do campo.

QUESTÃO 21

(Puc-rio 2004) Uma carga positiva encontra-

se numa região do espaço onde há um

campo elétrico dirigido verticalmente para

cima. Podemos afirmar que a força elétrica

sobre ela é:

A) para cima.

B) para baixo.

C) horizontal para a direita.

D) horizontal para a esquerda.

E) nula.

QUESTÃO 22

(Pucsp 2006) A mão da garota da figura toca a

esfera eletrizada de uma máquina eletrostática

conhecida como gerador de Van de Graaf.

A respeito do descrito são feitas as seguintes

afirmações:

I. Os fios de cabelo da garota adquirem cargas elétricas de mesmo sinal e por isso se repelem. II. O clima seco facilita a ocorrência do

fenômeno observado no cabelo da garota.

III. A garota conseguiria o mesmo efeito em seu cabelo, se na figura sua mão apenas se aproximasse da esfera de metal sem tocá-la.

Está correto o que se lê em

a) I, apenas. c) I e III, apenas

b) I e II, apenas. d) II e III, apenas.

e) I, II e III.

QUESTÃO 23


17 | P á g i n a

(Pucsp 2010) “Acelerador de partículas cria

explosão inédita e consegue simular o Big

Bang”

GENEBRA – O Grande Colisor de Hadrons

(LHC) bateu um novo recorde nesta terça-feira.

O acelerador de partículas conseguiu produzir a

colisão de dois feixes de prótons a 7 teraelétron-

volts, criando uma explosão que os cientistas

estão chamando de um ‘Big Bang em

miniatura’”. A unidade elétron-volt, citada na

materia de O Globo, refere-se à unidade de

medida da grandeza física:

A) corrente

B) tensão

C) potencia

D) energia

E) carga elétrica

QUESTÃO 24

(Pucrs 2008) A condução de impulsos

nervosos através do corpo humano é

baseada na sucessiva polarização e

despolarização das membranas das células

nervosas. Nesse processo, a tensão elétrica

entre as superfícies interna e externa da

membrana de um neurônio pode variar de -

70mV - chamado de potencial de repouso,

situação na qual não há passagem de íons

através da membrana, até +30mV - chamado

de potencial de ação, em cuja situação há

passagem de íons. A espessura média de

uma membrana deste tipo é da ordem de 1,0

× 10-7m. Com essas informações, pode-se

estimar que os módulos do campo elétrico

através das membranas dos neurônios,

quando não estão conduzindo impulsos

nervosos e quando a condução é máxima,

são, respectivamente, em newton/coulomb

GABARITO

14) B 17) D 20) B 23) D

15) A 18) E 21) A 24) A

16) C 19) B 22) B

II CAPÍTULO: ELETRODINÂMICA

Neste capitulo estudaremos os fenômenos

elétricos relacionados com cargas em

movimento, isto é, a análise de correntes e

circuitos elétricos.

1. CORRENTE ELÉTRICA

Corrente elétrica em um condutor é o

movimento ordenado de suas cargas

livres devido à ação de um campo elétrico

estabelecido no seu interior pela aplicação de

uma diferença de potencial (ddp) entre dois

pontos de seus pontos.

A intensidade da corrente é

determinada pela quantidade de cargas

elétricas que passam em uma secção do

condutor em um intervalo de tempo. Expressa

matematicamente por:


18 | P á g i n a

A intensidade da corrente elétrica no sistema

internacional de medidas possui a unidade:

1.2 RESISTÊNCIA E RESISTIVIDADE

O dependo do material temos um

comportamento diferente quando se estabelece

nas suas extremidades uma diferença de

potencial, isto é, tendo dois materiais como

exemplo o cobre e o vidro, teremos resultados

diferentes para cada um deles. A explicação

disto é que cada material apresenta uma

oposição em oferece a passagem de corrente

através dele (Máximo e Alvarenga, 2000), esta

grandeza relaciona a diferença de potencial

(ddp) e corrente elétrica estabelecida no

condutor através da equação:

R= 𝑉𝑎𝑏

𝑖

Onde lê-se que a resistência elétrica R é

igual a diferença de potencial Vab sobre a

corrente elétrica i. Portanto, quando maior for o

valor de R, maior será a oposição que o

condutor oferecerá à passagem de corrente. A

unidade da resistência elétrica no S.I é dada

em:

𝑉

𝑖 = 1 ohm = 1Ω

1. 3. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES

1. 3. 1. ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE Quando resistores são conectados de forma que a saída de um se conecte a entrada de outro e assim sucessivamente em uma única linha, diz-se que os mesmo estão formando uma ligação em série.

Figura 19 Resistores em série

A resistência equivalente do circuito vai ser a soma das resistências.

A resistência total do circuito é representado pela equação acima. 1. 3. 2. ASSOCIAÇÃO EM PARALELO Quando a ligação entre resistores é feita de modo que início de um resistor é ligado ao início de outro, e o terminal final do primeiro ao terminal final do segundo, caracteriza-se uma ligação paralela.

Neste

tipo de ligação, a corrente tem mais de um caminho para percorrer o circuito, sendo assim ela se divide inversamente proporcional ao valor do resistor. Já a tensão aplicada é a mesma a todos os resistores envolvidos na ligação paralela. A resistência equivalente do circuito ligado paralelamente é representado matematicamente por.

(USP) As figuras mostram seis circuitos de lâmpadas e

pilhas ideais. A figura (1), no quadro, mostra uma

lâmpada L de resistência R ligada a uma pilha de

resistência interna nula, As lâmpadas cujos brilhos são

maiores que o da lâmpada do circuito (I) são:

Figura 20 Resistores em paralelo

Figura 21 Associação mista


19 | P á g i n a

1. 3. 3. ASSOCIAÇÃO MISTA

É o caso mais encontrado em componentes

eletrônicos, neste caso há resistores ligados

em séries e interligados a outros paralelos.

1. 4. A LEI DE OHM

Georg Ohm foi um cientista alemão que

realizou várias experiências, medido a relação

entre as voltagens e as respectivas correntes

para diferentes materiais. Sua conclusão é que

para diferentes materiais condutores em

especiais os metálicos, sempre apresentam o

mesmo valor da resistência, sendo

independente da voltagem aplicada, isto é:

(𝑉𝑎𝑏)1

𝑖1=

(𝑉𝑎𝑏)2

𝑖2 =...

Ou seja,

(𝑉𝑎𝑏)1

𝑖1= constante

Gráfico de Vab x i

Os materiais que obedecem a lei de ohm

são chamados condutores ôhmicos, onde R é a

constante de proporcionalidade entre

Vab α i

Portanto se construímos um gráfico de Vab

x i, obteremos uma reta Figura 23, cujo o valor

da inclinação é a resistência do condutor

(Máximo e Alvarenga, 2000).

Figura 22 Gráfico do Potencial versus corrente elétrica

Para um material que não obedece a lei de

ohm o gráfico não será retilíneo Figura 24.

Figura 23 Para um material que não obedece a lei de ohm

1.5 COMPONENTES DE UM CIRCUITO

ELÉTRICO.

O ato de você acionar uma lâmpada,

necessita que exista um circuito e vários

componentes presentes, veremos qual a

função de cada um.

a) GERADOR: É um dispositivo elétrico que transforma

uma modalidade qualquer de energia em

energia elétrica. Nos seus terminais é mantida

uma ddp que é derivada dessa transformação.


20 | P á g i n a

b) RECEPTOR:

Receptor é um dispositivo elétrico capaz

de transformar energia elétrica em outra

modalidade qualquer de energia que não seja

unicamente calor. Um receptor que transforma

energia elétrica unicamente em calor é

chamado

receptor passivo (resistor).

c) DISPOSITIVO DE MANOBRA: São elementos que servem para acionar ou

desligar um circuito elétrico como as chaves e

os interruptores representados simbolicamente

na Figura 11:

Figura 24. Simbologia de uma chave de um circuito.

d) DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO São dispositivos que, ao serem

atravessados por uma corrente de intensidade

maior que a prevista, interrompem a passagem

da corrente elétrica, preservando os demais

elementos do circuito. Os mais comuns são os

fusíveis e os disjuntores.

e) APARELHOS DE MEDIÇÃO-

AMPERÍMETRO E VOLTÍMETRO.

Na prática são utilizados nos circuitos

elétricos aparelhos destinados a medições

elétricos, chamados de forma genérica

galvanômetros. Quando este aparelho é

destinado a medir intensidade de corrente

elétrica, ele é chamado de Amperímetro. Será

considerado ideal, quando sua resistência

interna

for nula.

AMPERÍMETRO:

Devemos ligar um amperímetro em série

no

circuito, fazendo com que a corrente elétrica

passe por ele e então registre o seu valor. É

exatamente por isso que num amperímetro

ideal

a resistência interna deve ser nula, já que o

mínimo valor existente de resistência mudará o

resultado marcado no amperímetro. O

amperímetro deve ser instalado de acordo com

a figura abaixo Figura 25.

Figura 25. Amperímetro em série em um circuito.

VOLTÍMETRO

Quando o aparelho é destinado a medir a

d.d.p. entre dois pontos de um circuito, ele é

chamado de Voltímetro. Será considerado

ideal, quando possuir resistência interna

infinitamente

grande. Devemos ligar um voltímetro em

paralelo ao resistor que queremos medir sua

d.d.p., fazendo com que nenhuma corrente

elétrica passe por ele. É exatamente por isso

que no caso ideal ele deve possuir resistência

elétrica infinita, fazendo com que a corrente

elétrica procure o caminho de menor

resistência. O voltímetro deve ser instalado de

acordo com a figura abaixo Figura 26.

Figura 26. Voltímetro em paralelo no circuito.


21 | P á g i n a

QUESTÕES

QUESTÃO 25

(UFAL) Admitindo-se constante e não nula a

resistência interna de uma pilha, o gráfico

da

tensão (U) em função da corrente (i) que

atravessa essa pilha é melhor representado

pela figura:

QUESTÃO 26

(Enem 2007) – Qual das seguintes fontes de

produção de energia é a mais recomendável

para a diminuição dos gases causadores

do aquecimento global?

A) Óleo diesel.

B) Gasolina.

C) Carvão mineral.

D) Gás natural.

E) Vento.

QUESTÃO 27

(UFMG 2009) Observe este circuito,

constituído de três resistores de mesma

resistência R; um amperímetro A; uma

bateria ε; e um interruptor S:

Considere que a resistência interna da bateria

e a

do amperímetro são desprezíveis e que os

resistores são ôhmicos. Com o interruptor S

inicialmente desligado, observa-se que o

amperímetro indica uma corrente elétrica I.Com

base nessas informações, é CORRETO afirmar

que, quando o interruptor S é ligado, o

amperímetro passa a indicar uma corrente

elétrica:

A) 2I/3

B) I/2

C) 2I

D) 3I

QUESTÃO 28

(Vunesp-2002) Três resistores idênticos,

cada um deles com resistência R, duas

pilhas P1 e P2 e uma lâmpada L estão

dispostos como mostra a figura.

Dependendo de como estão as chaves C1 e

C2, a lâmpada L pode brilhar com maior ou

menor intensidade ou, mesmo, ficar

apagada, como é a situação mostrada na

figura.

Sabendo que em nenhum caso a lâmpada se

queimará, podemos afirmar que brilhará com

maior intensidade quando as chaves estiverem

na configuração mostrada na alternativa:


22 | P á g i n a

QUESTÃO 29

(UFB) Para se determinar a resistência R do

circuito abaixo, utiliza-se dois aparelhos de

medidas A e V.

De acordo com a figura acima temos que:

A) Q é um voltímetro

B) P é um amperímetro

C) P é um amperímetro e Q é um voltímetro

D) Q é um amperímetro e P é um voltímetro

E) Nada se pode afirmar sobre P e Q

QUESTÃO 30

(PUC-RIO 2008) No circuito apresentado na

figura abaixo, considerando que a potência

dissipada não poderá ser nula, qual das

chaves deve ser fechada permitindo a

passagem de corrente elétrica pelo circuito,

tal que a potência dissipada pelas

resistências seja a menor possível?

A) chave 2

B) chave 3

C) chaves 1 e 2

D) chaves 1 e 3

E) chaves 1, 2 e 3

QUESTÃO 31

(UDESC 2008) Em Santa Catarina, as

residências recebem energia elétrica da

distribuidora Centrais Elétricas de Santa

Catarina S. A. (CELESC), com tensão de 220

V, geralmente por meio de dois fios que vêm

da rede externa. Isso significa que as

tomadas elétricas, nas residências, têm uma

diferença de potencial de 220 V. Considere

que as lâmpadas e os eletrodomésticos

comportam-se como resistências. Pode-se

afirmar que, em uma residência, a

associação de resistências e a corrente

elétrica são, respectivamente

A) em série; igual em todas as resistências.

B) em série; dependente do valor de cada

resistência.

C) mista (em paralelo e em série); dependente

do valor de cada resistência.

D) em paralelo; independente do valor de cada

resistência.

E) em paralelo; dependente do valor de

cada resistência.


23 | P á g i n a

QUESTÃO 32

(Enem 2010) Deseja-se instalar uma estação de geração de energia elétrica em um município localizado no interior de um pequeno vale cercado de altas montanhas de difícil acesso. A cidade é cruzada por um rio, que é fonte de água para consumo, irrigação das lavouras de subsistência e pesca. Na região, que possui pequena extensão territorial, a incidência solar é alta o ano todo. A estação em questão irá abastecer apenas o município apresentado. Qual forma de obtenção de energia, entre as apresentadas, é a mais indicada para ser implantada nesse município de modo a causar o menor impacto ambiental? A) Termelétrica, pois é possível utilizar a água do rio no sistema de refrigeração. B) Eólica, pois a geografia do local é própria

para a captação desse tipo de energia. C) Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus sistemas não afetaria a população. D) Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia solar que chega à superfície do local. E) Hidrelétrica, pois o rio que corta o município

é suficiente para abastecer a usina construída.

QUESTÃO 33

(U.E. Londrina-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em ampères, é igual a:

A) 0,08 B) 0,20 C) 5,00 D) 7,20 E) 120

GABARITO

25) 29) D 33) B

26) 30) D

27) D 31) E

28) E 32) D

III CAPITULO: MAGNETISMO

Não se tem registro do início do estudo

sobre o magnetismo, nem de sua origem. Os

gregos já sabiam desde a antiguidade que

certas pedras da região da Magnésia, na Ásia

Menor, atraíam pedaços de ferros. Esta rocha

era a magnetita (Fe3O4). As rochas que

contém o minério que apresenta este poder de

atração são chamadas de imãs naturais.

Em 1600, William Gilbert descobriu a razão

de a agulha de uma bússola orientar-se em

direções definidas: a Terra é um imã

permanente. E o fato de polo norte da agulha

ser atraído pelo polo norte geográfico da Terra,

quer dizer que este polo é, na realidade, polo

sul magnético. Isso se verifica ao saber que

polos de mesmo nome de dois imãs repelem-

se e de nomes opostos se atraem.

1. IMÃS

Os ímãs têm seus domínios magnéticos

orientados em um único sentido e possuem ao

seu redor um campo magnético onde exercem

ações magnéticas como a magnetita, que é um

ímã natural. Todo ímã possui duas regiões

denominadas polos, situados nos extremos do

ímã, onde este exerce de forma mais intensa

suas interações magnéticas. Os polos são

denominados Norte e Sul.

1.2 CAMPO MAGNÉTICO DE UM ÍMÃ

O campo magnético é a região do espaço

em torno de um material magnético onde se

observam seus efeitos magnéticos, isto é, sua

atração e sua repulsão com outros corpos. Por

ser invisível, convencionou-se que o sentido

das linhas de indução é tal, que elas saem do

polo norte e entram no polo sul fora do ímã, e

saem do polo sul e entram no polo norte dentro

do ímã, conforme a Figura 27.


24 | P á g i n a

Figura 27. Indicação das linhas de campo magnético.

1.3 INTERAÇÃO MAGNÉTICA ENTRE DOIS

ÍMÃS.

Observe nas Figuras 12 e 13 o

comportamento das linhas de campo quando

interagimos polos de mesmo nome (repulsão) e

polos de nomes contrários (atração).

Figura 28. Repulsão.7

Figura 29. Atração.

1.4 TIPOS DE ÍMÃS

O único ímã natural é a magnetita. Sua

utilidade é, no entanto, apenas histórica, pois é

rara, fraca e de difícil industrialização. A

magnetita não passa de dióxido de ferro

(Fe3O4). Também temos o ímã artificial, que é

qualquer objeto que tenha adquirido

propriedades magnéticas através de processos

de imantação. Porém, interessa-nos, em nosso

estudo, os que são imantados pelo uso de

corrente elétrica, que

podem ser classificados em artificiais

permanentes e artificiais temporários.

Os artificiais permanentes têm a

característica de conservarem o seu próprio

campo magnético, mesmo depois de cessado o

campo indutor ou a corrente elétrica, tal como o

aço. Os artificiais temporários têm a

característica de não conservarem o campo

magnético após cessado o campo indutor ou a

corrente elétrica, tal como o ferro.

1.5 MATERIAIS MAGNÉTICOS E NÃO

MAGNÉTICOS

Materiais magnéticos são aqueles que

permitem a orientação de seus ímãs

elementares, tais como ferro, aço e níquel. Os

materiais não magnéticos são aqueles onde os

efeitos magnéticos de seus ímãs elementares

anulam-se completamente, não reagindo a um

campo magnético externo, tais como plásticos,

madeiras e borrachas.

1.6 CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

Campo magnético pode ser definido

como a região em volta de um ímã onde

ocorrem interações magnéticas. Também é

possível definir um vetor que descreva este

campo, chamado vetor indução magnética (B)

e usamos como unidade de campo magnético

o símbolo T, denominado tesla. Portanto, no SI

a unidade de campo magnético é tesla (T).

O primeiro a afirmar que a Terra se

comportava como um ímã gigante foi o cientista

Willian Gilbert, com um simples experimento

que consistia na colocação de um ímã

suspenso livremente pelo seu centro de

gravidade na superfície da Terra. Nesta

experiência, repetida diversas vezes, verificou

que o ímã sempre se orientava na direção

norte-sul, com isso concluíram que realmente a

Terra se comportava como um ímã.


25 | P á g i n a

Os polos magnéticos estão localizados nos

extremos do eixo magnético e próximos aos

polos geográficos, ou seja, o polo magnético

sul está próximo do norte geográfico e o polo

magnético norte está próximo do sul

geográfico. E o eixo magnético não coincide

com o eixo de rotação da Terra, sendo estes

separados por aproximadamente 13º.

A bússola apresenta um imã

com uma formula de agulha o qual tem a

função de encontrar a direção do campo

magnético da Terra. Devido esta agulha ser de

ferro faz com que quando há um aumento da

corrente consequentemente aumenta o campo

magnético, pois eles são proporcionais.

1.7 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

James Clerk Maxwell mostrou que um

raio luminoso é uma onda progressiva de

campos elétricos e magnéticos, ou seja, a luz é

uma onda eletromagnética.

Na época de Maxwell (meados do

século XIX) a luz visível e os raios

infravermelhos ultravioleta eram as únicas

ondas eletromagnéticas conhecidas. Nesta

época Hertz descobriu o que hoje chamamos

de ondas de rádio, e observou que essas

ondas se propagam com a mesma velocidade

da luz visível.

QUESTÔES

QUESTÃO 34

(Ifsp 2013) Um professor de Física mostra

aos seus alunos 3 barras de metal AB, CD e

EF

que podem ou não estar magnetizadas. Com

elas faz três experiências que consistem em

aproximá-las e observar o efeito de atração

e/ou repulsão, registrando-o na tabela a

seguir.

Após o experimento e admitindo que cada letra

pode corresponder a um único polo magnético,

seus alunos concluíram que

A) somente a barra CD é ímã.

B) somente as barras CD e EF são ímãs.

C) somente as barras AB e EF são ímãs.

D) somente as barras AB e CD são ímãs.

E) AB, CD e EF são ímãs.

QUESTÃO 35

(Unesp 2013) A bússola interior

A comunidade científica, hoje, admite que

certos animais detectam e respondem a

campos magnéticos. No caso das trutas

arco-íris, por exemplo, as células sensoriais

que cobrem a abertura nasal desses peixes

apresentam feixes de magnetita que, por

sua vez, respondem a mudanças na direção

do campo magnético da Terra em relação à

cabeça do peixe, abrindo canais nas

membranas celulares e permitindo, assim, a

passagem de íons; esses íons, a seu turno,

induzem os neurônios a enviarem

mensagens ao cérebro para qual lado o

peixe deve nadar. As figuras demonstram

esse processo nas trutas arco-íris:


26 | P á g i n a

Na situação da figura 2, para que os feixes de

magnetita voltem a se orientar como

representado na figura 1, seria necessário

submeter as trutas arco-íris a um outro campo

magnético, simultâneo ao da Terra, melhor

representado pelo vetor

QUESTÃO 36

(Ifsp 2012) Os ímãs têm larga aplicação em

nosso cotidiano tanto com finalidades

práticas, como em alto-falantes e

microfones, ou como meramente

decorativas. A figura mostra dois ímãs, A e

B, em forma de barra, com seus respectivos

polos magnéticos.

Analise as seguintes afirmações sobre ímãs e

suas propriedades magnéticas.

I. Se quebrarmos os dois ímãs ao meio,

obteremos quatro pedaços de material sem

propriedades magnéticas, pois teremos

separados os polos norte e sul um do outro.

II. A e B podem tanto atrair-se como repelir-se,

dependendo da posição em que os

colocamos, um em relação ao outro.

III. Se aproximarmos de um dos dois ímãs uma

pequena esfera de ferro, ela será atraída por

um dos polos desse ímã, mas será repelida

pelo outro.

É correto o que se afirma em

A) I, apenas. B) II, apenas. C) I e II, apenas.

D) I e III, apenas. E) II e III, apenas.

QUESTÃO 37

Fuvest 2012 Em uma aula de laboratório, os

estudantes foram divididos em dois grupos.

O

grupo A fez experimentos com o objetivo de

desenhar linhas de campo elétrico e

magnético.

Os desenhos feitos estão apresentados nas

figuras I, II, III e IV abaixo.

Aos alunos do grupo B, coube analisar os

desenhos produzidos pelo grupo A e formular

hipóteses. Dentre elas, a única correta é que as

figuras I, II, III e IV podem representar,

respectivamente, linhas de campo

A) eletrostático, eletrostático, magnético e

magnético.

B) magnético, magnético, eletrostático e

eletrostático.


27 | P á g i n a

C) eletrostático, magnético, eletrostático e

magnético.

D) magnético, eletrostático, eletrostático e

magnético.

E) eletrostático, magnético, magnético e

magnético.

QUESTÃO 38

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:

O ano de 2009 foi o Ano Internacional da

Astronomia. A 400 anos atrás, Galileu apontou

um telescópio para o céu, e mudou a nossa

maneira de ver o mundo, de ver o universo e

de

vermos a nós mesmos. As questões, a seguir,

nos colocam diante de constatações e nos

lembram que somos, apenas, uma parte de

algo muito maior: o cosmo.

(Uemg 2010) Um astronauta, ao levar uma

bússola para a Lua, verifica que a agulha

magnética da bússola não se orienta numa

direção preferencial, como ocorre na Terra.

Considere as seguintes afirmações, a partir

dessa observação:

1. A agulha magnética da bússola não cria

campo magnético, quando está na Lua.

2. A Lua não apresenta um campo magnético.

Sobre tais afirmações, marque a alternativa

CORRETA:

A) Apenas a afirmação 1 é correta.

B) Apenas a afirmação 2 é correta.

C) As duas afirmações são corretas.

D) As duas afirmações são falsas.

QUESTÃO 39

(Ufg) Em uma excursão acadêmica, um

aluno levou uma lanterna com uma bússola

acoplada. Em várias posições durante o dia,

ele observou que a bússola mantinha

sempre uma única orientação,

perpendicular à direção seguida pelo Sol. À

noite, estando a bússola sobre uma mesa e

próxima de um fio perpendicular a ela,

notou que a bússola mudou sua orientação

no momento em que foi ligado um gerador

de corrente contínua. A orientação inicial da

agulha da bússola é a mostrada na figura a

seguir, onde a seta

preenchida indica o sentido do campo

magnético da Terra.

Ao ligar o gerador, a corrente sobe o fio (saindo

do plano da ilustração). Assim, a orientação

da bússola passará ser a seguinte:

QUESTÃO 40

(Ueg 2013) O Sol emite uma grande

quantidade de partículas radioativas a todo

instante. O nosso planeta é bombardeado

por elas, porém essas partículas não

penetram em nossa atmosfera por causa do

campo magnético terrestre que nos protege.

Esse fenômeno é visível nos polos e chama-

se aurora boreal ou austral. Quando se

observa um planeta por meio de um

telescópio, e o fenômeno da aurora boreal é

visível nele, esta observação nos garante

que o planeta observado


28 | P á g i n a

A) está fora do Sistema Solar.

B) não possui atmosfera.

C) possui campo magnético.

D) possui uma extensa camada de ozônio.

E) possui campo elétrico

QUESTÃO 41

Para vender a fundições que fabricam aço, as

grandes indústrias de reciclagem separam o

ferro de outros resíduos e, para realizar a

separação e o transporte do ferro, elas utilizam

grandes guindastes que, em lugar de

possuírem ganchos em suas extremidades,

possuem

A) bobinas que geram corrente elétrica.

B) bobinas que geram resistência elétrica.

C) dínamos que geram campo magnético.

D) eletroímãs que geram corrente elétrica.

E) eletroímãs que geram campo magnético.

QUESTÃO 42

(Ufpr 2011) Na segunda década do século

XIX, Hans Christian Oersted demonstrou

que um

fio percorrido por uma corrente elétrica era

capaz de causar uma perturbação na agulha

de uma bússola. Mais tarde, André Marie

Ampère obteve uma relação matemática

para a intensidade do campo magnético

produzido por uma corrente elétrica que

circula em um fio condutor retilíneo. Ele

mostrou que a intensidade do campo

magnético depende da

intensidade da corrente elétrica e da

distância ao fio condutor.

Com relação a esse fenômeno, assinale a

alternativa correta.

A) As linhas do campo magnético estão

orientadas paralelamente ao fio condutor.

B) O sentido das linhas de campo magnético

independe do sentido da corrente.

C) Se a distância do ponto de observação ao

fio condutor for diminuída pela metade, a

intensidade do campo magnético será reduzida

pela metade.

D) Se a intensidade da corrente elétrica for

duplicada, a intensidade do campo magnético

também será duplicada.

E) No Sistema Internacional de unidades (S.I.),

a intensidade de campo magnético é A/m.

QUESTÃO 43


29 | P á g i n a

(Enem 2ª aplicação 2010) Há vários tipos de

tratamentos de doenças cerebrais que

requerem a estimulação de partes do

cérebro por correntes elétricas. Os

eletrodos são introduzidos no cérebro para

gerar pequenas correntes em áreas

específicas. Para se eliminar a necessidade

de introduzir eletrodos no cérebro, uma

alternativa é usar bobinas que, colocadas

fora da cabeça, sejam capazes de induzir

correntes elétricas no tecido cerebral. Para

que o tratamento de patologias cerebrais

com bobinas seja realizado

satisfatoriamente, é necessário que

A) haja um grande número de espiras nas

bobinas, o que diminui a voltagem induzida.

B) o campo magnético criado pelas bobinas

seja constante, de forma a haver indução

eletromagnética.

C) se observe que a intensidade das correntes

induzidas depende da intensidade da corrente

nas bobinas.

D) a corrente nas bobinas seja contínua, para

que o campo magnético possa ser de grande

intensidade.

E) o campo magnético dirija a corrente elétrica

das bobinas para dentro do cérebro do

paciente.

QUESTÃO 44

(Ufal 2010) Uma corda metálica de uma

guitarra elétrica se comporta como um

pequeno ímã, com polaridades magnéticas

norte e sul. Quando a corda é tocada, ela se

aproxima e se afasta periodicamente de um

conjunto de espiras metálicas enroladas

numa bobina situada logo abaixo. A

variação do fluxo do campo magnético

gerado pela corda através da bobina induz

um sinal elétrico (d.d.p. ou corrente), que

muda de sentido de acordo com a vibração

da corda e que é enviado para um

amplificador. Qual o cientista cujo nome

está associado à lei física que explica o

fenômeno da geração de

sinal elétrico pela variação do fluxo

magnético através da bobina?

A) Charles Augustin de Coulomb

B) André Marie Ampère

C) Hans Christian Oersted

D) Georg Ohm

E) Michael Faraday

QUESTÃO 45

(Afa 2011) A figura abaixo mostra um ímã

AB se deslocando, no sentido indicado pela

seta, sobre um trilho horizontal envolvido

por uma bobina metálica fixa.


30 | P á g i n a

Nessas condições, é correto afirmar que,

durante a aproximação do ímã, a bobina

A) sempre o atrairá.

B) sempre o repelirá.

C) somente o atrairá se o polo A for o Norte.

D) somente o repelirá se o polo A for o Sul.

QUESTÃO 46

(Fuvest 2010) Aproxima-se um ímã de um

anel metálico fixo em um suporte isolante,

como

mostra a figura. O movimento do ímã, em

direção ao anel,

A) não causa efeitos no anel.

B) produz corrente alternada no anel.

C) faz com que o polo sul do ímã vire polo

norte vice versa.

D) produz corrente elétrica no anel, causando

uma força de atração entre anel e ímã.

E) produz corrente elétrica no anel, causando

uma força de repulsão entre anel e ímã.

GABARITO

34) B 39) A 44) E

35) B 40) C 45) B

36) B 41) E 46) E

37) A 42) D

38) B 43) C

IV CAPÍTULO

1. MOVIMENTO ONDULATÓRIO

O movimento ondulatório está presente

de forma direta ou indireta em nosso

cotidiano como, por exemplo: ondas na

superfície da água, ondas sonoras, ondas

luminosas, ondas de rádio, ondas

eletromagnéticas, etc.

CONCEITO 1: qualquer tipo de onda é uma

perturbação do meio onde se propaga essa onda.

CONCEITO 2: uma onda apenas transporta

energia, podendo transmitir essa energia a

distância.

1. 2. MOVIMENTO DE UMA ONDA

TRANSVERSAL: quando uma corda

horizontal vibra, sua direção de propagação

e também horizontal, mas, a propagação

da onda é para cima e para baixo em

relação a direção de propagação da onda.

Figura 30. Propagação de uma onda transversal

LONGITUDINAL: se o movimento da onda

tiver a mesma direção de propagação da

onda, esta se denomina longitudinal como,

por exemplo, uma mola que é esticada e

posta a oscilar, a direção de propagação da

onda é a mesma do movimento da onda.


31 | P á g i n a

Figura 31. Propagação de uma onda longitudinal

1. 3. TIPOS DE ONDA

Vamos estudar dois tipos de onda: mecânica e eletromagnética.

1.3.1. CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS

MECÂNICAS

O movimento de uma onda mecânica pode ser transversal ou longitudinal.

As ondas mecânicas necessitam de um meio material para poder se propagar.

Não se propagam no vácuo.

A velocidade de propagação aumenta quanto maior for a densidade do meio onde a onda se propaga.

A onda mecânica apenas transporta energia.

1.3.2. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

As ondas eletromagnéticas não precisam

de um meio material para se propagar,

podem se propagar em um meio material ou

não.

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS

ELETROMAGNÉTICAS

Não necessitam de um meio material para se

propagar

O movimento de uma onda eletromagnética é sempre transversal.

Propagam-se no vácuo

A velocidade de propagação diminui

quanto maior a densidade do meio onde

a onda se propaga.

A onda eletromagnética apenas transporta energia.

Figura 32. Onda sonora

1.4. REFLEXÃO DE UMA ONDA

A reflexão da onda é uma propriedade

da onda que permite a mesma refletir-se

quando atinge um obstáculo, exemplo: a

reflexão da luz, de uma corda, do som.

Figura 33. Reflexão de uma onda

1.5. REFRAÇÃO DE UMA ONDA

E a propriedade da onda de se transmitir

em um determinado meio material como, por

exemplo: a refração da luz, do som.

Figura 34. Refração de uma onda


32 | P á g i n a

Figura 37. Fenômeno da interferência

Figura 35. Sentido de Propagação

1.6. DIFRAÇÃO DE UMA ONDA

A difração de uma onda é a propriedade

que uma onda possui de contornar um

obstáculo ao ser parcialmente interrompido

por ele.

Figura 36. Fenômeno da difração

1.7. INTERFERÊNCIA

A interferência refere-se ao efeito físico da

superposição de dois ou mais ondas de forma

construtiva ou destrutiva.

1.8 efeito doppler

Este efeito é percebido claramente no som

(que é um tipo de onda mecânica) quando, por

exemplo, uma ambulância em alta velocidade

se aproxima de nós, percebemos que o

som emitido é mais agudo devido a uma maior

frequência sonora, ficando mais grave devido a

uma menor frequência sonora durante o

afastamento da ambulância em relação ao

observador. Graças também ao conhecimento

deste efeito podemos determinar a velocidade

e a direção do movimento de muitas estrelas,

uma vez que a luz também se propaga em

ondas.

Como se calcula a frequência e velocidade do observador e do móvel?

Nós utilizamos a equação:

Onde:

f’ é a frequência que o observador recebe f é a frequência emitida pela fonte

é a velocidade da onda é a velocidade do

observador (positiva ao se aproximar da fonte, negativa ao se afastar)

é a velocidade da fonte (positiva ao se afastar, negativa ao se aproximar do observador)


33 | P á g i n a

1. (PUCRS - 2012/1) Um sonar fetal, cuja

finalidade é escutar os batimentos cardíacos de

um bebê em formação, é constituído por duas

pastilhas cerâmicas iguais de titanato de bário,

uma emissora e outra receptora de ultrassom.

A pastilha emissora oscila com uma frequência

de 2,2x106Hz quando submetida a uma tensão

variável de mesma frequência. As ondas de

ultrassom produzidas devem ter um

comprimento de onda que possibilite a reflexão

das mesmas na superfície pulsante do coração

do feto. As ondas ultrassônicas refletidas que

retornam à pastilha receptora apresentam

frequência ligeiramente alterada, o que gera

interferências periódicas de reforço e

atenuação no sinal elétrico resultante das

pastilhas. As alterações no sinal elétrico, após

serem amplificadas e levadas a um alto-falante,

permitem que os batimentos cardíacos do feto

sejam ouvidos.

Considerando que a velocidade média das

ondas no corpo humano (tecidos moles e

líquido amniótico) seja 1540m/s, o comprimento

de onda do ultrassom que incide no coração

fetal é _________, e o efeito que descreve as

alterações de frequência nas ondas refletidas

chama-se _________.

A alternativa que completa corretamente as

lacunas é:

A) 0,70mm Joule

B) 7,0mm Joule

C) 0,70mm Doppler

D) 7,0mm Doppler

E) 70mm Pascal

2. (PUCRS - 2010/2) O comprimento de uma

corda de guitarra é 64,0cm. Esta corda é

afinada para produzir uma nota com frequência

igual a 246Hz quando estiver vibrando no modo

fundamental. Se o comprimento da corda for

reduzido à metade, a nova frequência

fundamental do som emitido será:

A) 123Hz

B) 246Hz

C) 310Hz

D) 369Hz

E) 492Hz

3. (PUCRS 2010/2) Responder à questão 3

relacionando o fenômeno ondulatório da coluna

A com a situação descrita na coluna B,

numerando os parênteses.

Coluna A

1 – Reflexão

2 – Refração

3 – Ressonância

4 – Efeito Doppler

Coluna B

( ) Um peixe visto da margem de um rio parece

estar a uma profundidade menor do que

realmente está.

( ) Uma pessoa empurra periodicamente uma

criança num balanço de modo que o balanço

atinja alturas cada vez maiores.

( ) Os morcegos conseguem localizar

obstáculos e suas presas, mesmo no escuro.

( ) O som de uma sirene ligada parece mais

agudo quando a sirene está se aproximando do

observador.

A numeração correta da coluna B, de cima para

baixo, é:

A) 2 – 4 – 1 – 3

B) 2 – 3 – 1 – 4

C) 2 – 1 – 2 – 3

D) 1 – 3 – 1 – 4

E) 1 – 3 – 2 – 4


34 | P á g i n a

4. (PUCRS 2010/1) Em relação às ondas

sonoras, é correto afirmar:

A) O fato de uma pessoa ouvir a conversa de

seus vizinhos de apartamento através da

parede da sala é um exemplo de reflexão de

ondas sonoras.

B) A qualidade fisiológica do som que permite

distinguir entre um piano e um violino, tocando

a mesma nota, é chamada de timbre e está

relacionada com a forma da onda.

C) Denominam-se infrassom e ultrassom as

ondas sonoras cujas frequências estão

compreendidas entre a mínima e a máxima

percebidas pelo ouvido humano.

D) A grandeza física que diferencia o som

agudo, emitido por uma flauta, do som grave,

emitido por uma tuba, é a amplitude da onda.

E) A propriedade das ondas sonoras que

permite aos morcegos localizar obstáculos e

suas presas é denominada refração.

5. (ENEM 2011) Ao diminuir o tamanho de um

orificio atravessado por um feixe de luz, passa

menos luz por intervalo de tempo, e proximo da

situacao de completo fechamento do orifício,

verifica-se que a luz apresenta um

comportamento como o ilustrado nas figuras.

Sabe-se que o som, dentro de suas

particularidades, tambem pode se comportar

dessa forma.

Em qual das situacoes a seguir esta

representado o fenômeno descrito no texto?

A) Ao se esconder atras de um muro, um

menino ouve a conversa de seus colegas.

B) Ao gritar diante de um desfiladeiro, uma

pessoa ouve a repetição do seu próprio grito.

C) Ao encostar o ouvido no chao, um homem

percebe o som de uma locomotiva antes de

ouvi-lo pelo ar.

D) Ao ouvir uma ambulancia se aproximando,

uma pessoa percebe o som mais agudo do que

quando aquela se afasta.

E) Ao emitir uma nota musical muito aguda,

uma cantora de opera faz com que uma taca

de cristal se despedace.

6. (ENEM 2010) As ondas eletromagnéticas,

como a luz visível e as ondas de rádio, viajam

em linha reta em um meio homogêneo. Então,

as ondas de rádio emitidas na região litorânea

do Brasil não alcançariam a região amazônica

do Brasil por causa da curvatura da Terra.

Entretanto sabemos que é possível transmitir

ondas de rádio entre essas localidades devido

à ionosfera.

Com a ajuda da ionosfera, a transmissão de

ondas planas entre o litoral do Brasil e a região

amazônica é possível por meio da

A) Reflexão.

B) Refração.

C) Difração.

D) Polarização.

E) Interferência.

7. (ENEM 2010) Duas irmãs que dividem o

mesmo quarto de estudos combinaram de

comprar duas caixas com tampas para

guardarem seus pertences dentre suas caixas,

evitando, assim, a bagunça sobre a mesa de

estudos. Uma delas comprou uma metálica, e a

outra, uma caixa de madeira de área e

espessura lateral diferentes, para facilitar a

identificação. Um dia as meninas foram estudar

para a prova de Física e, ao se acomodarem

na mesa de estudos, guardaram seus celulares

ligados dentro de suas caixas. Ao longo desse

dia, uma delas recebeu ligações telefônicas,

enquanto os amigos da outra tentavam ligar e

recebiam a mensagem de que o celular estava

fora da área de cobertura ou desligado


35 | P á g i n a

Para explicar essa situação, um físico deveria

afirmar que o material da caixa, cujo telefone

celular não recebeu as ligações é de

A) madeira, e o telefone não funcionava porque

a madeira não é um bom condutor de

eletricidade.

B) metal, e o telefone não funcionava devido à

blindagem eletrostática que o metal

proporcionava.

C) metal, e o telefone não funcionava porque o

metal refletia todo tipo de radiação que nele

incidia.

D) metal, e o telefone não funcionava porque a

área lateral da caixa de metal era maior.

E) madeira, e o telefone não funcionava porque

a espessura desta caixa era maior que a

espessura da caixa de metal.

8. (ENEM 2009) O progresso da tecnologia

introduziu diversos artefatos geradores de

campos eletromagnéticos. Uma das mais

empregadas invenções nessa área são os

telefones celulares e smartphones. As

tecnologias de transmissão de celular

atualmente em uso no Brasil contemplam dois

sistemas. O primeiro deles é operado entre as

frequências de 800 MHz e 900 MHz e constitui

os chamados sistemas TDMA/CDMA. Já a

tecnologia GSM, ocupa a frequência de 1.800

MHz. Considerando que a intensidade de

transmissão e o nível de recepção ―celular

sejam os mesmos para as tecnologias de

transmissão TDMA/CDMA ou GSM, se um

engenheiro tiver de escolher entre as duas

tecnologias para obter a mesma cobertura,

levando em consideração apenas o número de

antenas em uma região, ele deverá escolher:

A) a tecnologia GSM, pois é a que opera com

ondas de maior comprimento de onda.

B) a tecnologia TDMA/CDMA, pois é a que

apresenta Efeito Doppler mais pronunciado.

C) a tecnologia GSM, pois é a que utiliza ondas

que se propagam com maior velocidade.

D) qualquer uma das duas, pois as diferenças

nas frequências são compensadas pelas

diferenças nos comprimentos de onda.

E) qualquer uma das duas, pois nesse caso as

intensidades decaem igualmente da mesma

forma, independentemente da frequência.

9. (UFRGS 2012) Considere as seguintes

afirmações sobre ondas eletromagnéticas.

I – frequências de ondas de rádio são menores

que frequências da luz visível.

II – comprimentos de onda de microondas são

maiores que comprimentos de onda da luz

visível.

III – energias de ondas de rádio são menores

que energias de microondas.

Quais estão corretas?

(A) apenas I.

(B) apenas II.

(C) apenas III.

(D) apenas II e III.

(E) I, II e III.

10. (UFRGS 2012) Circuitos elétricos provocam

oscilações de elétrons em antenas emissoras

de estações de rádio. Esses elétrons

acelerados emitem ondas de rádio que, através

de modulação controlada da amplitude ou da

frequência, transportam informações.

Qual é, aproximadamente, o comprimento de

onda das ondas emitidas pela estação de rádio

da UFRGS, que opera na frequência de 1080

kHz?

(Considere a velocidade de propagação das

ondas eletromagnéticas na atmosférica igual a

3x108 m/s)

(A) 3,6 x 10-6 m.

(B) 3,6 x 10-3 m.

(C) 2,8 x 102 m.

(D) 2,8 x 105 m.

(E) 2,8 x 108 m.

11. (UFRGS 2011) Em cada uma das imagens

abaixo, um trem de ondas planas move-se a

partir da esquerda.


36 | P á g i n a

Os fenômenos ondulatórios apresentados nas

figuras 1, 2 e 3 são, respectivamente,

(A) refração – interferência – difração.

(B) difração – interferência – refração.

(C) interferência – difração – refração.

(D) difração – refração – interferência.

(E) interferência – refração – difração.

12. (UFRGS – 2010) Considere as seguintes

afirmações sobre fenômenos ondulatórios e

suas características.

I - A difração ocorre apenas com ondas sonoras.

II - A interferência ocorre apenas com ondas eletromagnéticas.

III - A polarização ocorre apenas com ondas transversais.


(A) Apenas I.

(B) Apenas II.

(C) Apenas III.

(D) Apenas I e II.

(E) I, II e III.

14. (UFRGS 2009) Considere as seguintes

afirmações sobre o efeito Doppler.

I – ele é observado somente em ondas

acústicas.

II – ele corresponde a uma alteração da

velocidade de propagação da onda em um

meio.

III – ele pode ser observado tanto em ondas

transversais quanto em ondas longitudinais.


(A) apenas I.

(B) apenas II.

(C) apenas III.

(D) apenas II e III.

(E) I, II e III.

15. (UFRGS 2009) Em um experimento de

interferência, similar ao experimento de Young,

duas fendas idênticas são iluminadas por uma

fonte coerente monocromática. O padrão de

franjas claras e escuras é projetado em um

anteparo distante, conforme mostra a figura

abaixo.

Sobre este experimento são feitas as seguintes

afirmações.

I – A separação entre as franjas no anteparo

aumenta se a distância entre as fendas

aumenta.

II – A separação entre as franjas no anteparo

aumenta se a distância entre o anteparo e as

fendas aumenta.

III – A separação entre as franjas no anteparo

aumenta se o comprimento de onda da fonte

aumenta.


(A) Apenas I.

(B) Apenas II.

(C) Apenas III.

(D) Apenas II e III.

(E) I, II e III.

16. (UPF 2011/2) Sobre as ondas mecânicas são

feitas as afirmações a seguir:


37 | P á g i n a

I. As ondas mecânicas necessitam de um meio

material para a sua propagação; assim sendo, o som

não se propaga no vácuo.

II. As ondas mecânicas podem ser transversais ou

longitudinais.

III. Uma onda mecânica é transversal quando a

direção da vibração é a mesma na qual se efetua a

propagação da onda.

IV. A polarização é um fenômeno que pode ocorrer

exclusivamente com as ondas transversais.

Dessas afirmações são corretas:

A) I e II

B) I, II e III

C) I, II e IV

D) II, III e IV

D) Todas são corretas.

17. (UCS 2012/2) Se você pegar duas

pequenas latas vazias, como as de ervilha em

conserva, retirar a tampa de um dos lados de

cada lata, fizer um pequeno orifício no lado

oposto e colocar, nesse orifício, um fio, que

pode ser de náilon, linha de costura ou

barbante, ligando as duas latas por meio desse

fio, é possível simular um telefone. Isso

acontece porque o som se propaga pela linha

como

a) ondas eletromagnéticas transversais.

b) ondas mecânicas longitudinais.

c) pequenas partículas de matéria.

d) corrente elétrica.

e) ondas eletromagnéticas longitudinais.

18. (UCS 2011/1) A velocidade de uma onda

na água depende da profundidade da água na

região em que ela se encontra: quanto maior a

profundidade, maior a velocidade da onda. A

mudança de velocidade das ondas devido à

mudança de características no meio de

propagação é conhecida como

A) difração.

B) interferência.

C) refração.

D) batimento.

E) timbre.

19. O padrão de forma de onda proveniente de

um sinal eletrônico está representado na figura

a seguir.

A) Quantos

comprimentos de ondas

há na figura?

B) Qual a frequência da

onda?

C) Sabendo que essa imagem tem 10 cm, qual

a velocidade de propagação da onda, em m/s?

20. A faixa de emissão de rádio em frequência

modulada, no Brasil, vai de, aproximadamente,

88 MHz a 108 MHz. A razão entre o maior e o

menor comprimento de onda desta faixa é:

A) 1,2

B) 1,5

C) 0,63

D) 0,81

E) Impossível calcular não sendo dada a

velocidade de propagação da onda.

21. (PUCRS) A propagação de ondas em

meios não dispersivos envolve

necessariamente

A) movimento de matéria

B) produção de energia

C) consumo de energia

D) transporte de energia

E) transporte de energia e matéria.


38 | P á g i n a

22. Ondas eletromagnéticas são caracterizadas

por suas frequências e seus comprimentos de

onda. A alternativa que apresenta as ondas em

ordem decrescente de frequência é

a) raios gama - luz visível - microondas.

b) infravermelho - luz visível - ultravioleta.

c) luz visível - infravermelho - ultravioleta.

d) ondas de rádio - luz visível - raios X.

e) luz visível - ultravioleta - raios gama.

23. Uma onda se propaga no meio 1, não

dispersivo, com velocidade v1, frequência f1, e

comprimento de onda 1. Ao penetrar no meio

2, sua velocidade de propagação v2 é três

vezes maior que v1, sua frequência é f2 e seu

comprimento de onda 2. Logo, conclui-se que:

A) λ2 = λ 1/3 e f2 = f1

B) λ 2 = λ 1 e f2 = 3f1

C) λ 2 = λ 1 e f2 = f1

D) λ 2 = 3. λ 1 e f2 = f1

E) λ 2 = λ 1 e f2 = f1 /3

24. Considere as afirmações a seguir.

I. O fenômeno de interferência reforça o caráter

ondulatório da luz.

II. A reflexão do som tem características

semelhantes à reflexão da luz.

III. Ondas podem sofrer refração.

Pode-se afirmar que

A) somente I é correta.

B) somente II é correta.

C) somente III é correta.

D) somente I e II são corretas.

e) I, II e III são corretas.

25. Para a percepção inteligível de dois sons

consecutivos (eco), o intervalo de tempo entre

os mesmos deve ser igual ou maior que 0,100

s. Portanto, num local onde a velocidade de

propagação do som no ar é 350 m/s, para que

ocorra eco, a distância mínima entre uma

pessoa gritando seu nome na direção de uma

parede alta e a referida parede deve ser de

quanto metros?

GABARITO

1.C 2. E

3. B 4. B

5. A 6. A

7. B 8. E

9. D 10. C

11. B 12. C

13. B 14. D

15. E 16. C

17. B 18. C

19: a) 2 B) 250 HZ C) 12.5 m/S

20. A

21. D

22. A

23. D

24. E

25. S=17,5 m

2. ÓPTICA

Vamos iniciar o estudo da luz e dos fenômenos luminosos em geral.


39 | P á g i n a

2. 1. PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DA LUZ

Um dos fatos que podemos observar facilmente sobre o comportamento da luz é que, quando ela se propaga em um meio homogêneo, sua propagação é retilínea.

Figura 38. Propagação retilínea da luz

2. 2. RAIOS E FEIXES DE LUZ

Consideramos como uma fonte que emite

luz em todas as direções, essas direções em

que a luz se propaga podem ser

representadas por linhas denominadas de

raios de luz.

Figura 39. Raios Luminosos

2. 3. INDEPENDÊNCIA ENTRE FEIXES DE

LUZ

Uma importante propriedade da luz é a

independência que se observa na propagação

dois raios de luz, quando esses raios de luz

se cruzam, eles seguem a mesma trajetória

que iriam seguir se os raios não tivessem se

cruzado, um feixe não perturba a propagação

do outro.

Figura 40. Independência de raios luminosos

2. 4. REFLEXÃO DA LUZ

Quando um feixe de luz incide sobre

uma superfície este sofre uma reflexão, uma

porção do feixe de luz que volta a se propagar

é denominada feixe refletido.

O feixe de luz que se dirige para a

superfície é denominado feixe incidente e o

feixe devolvido pela superfície refletora é o

feixe refletido.

2. 5. REFLEXÃO ESPECULAR

Quando o feixe de luz encontra uma

superfície lisa, o feixe de luz é bem-definido,

este fenômeno é observado quando a luz é

refletida em um espelho.

Figura 41. Reflexão Especular

2. 6. REFLEXÃO DIFUSA

Quando um feixe de luz incide em uma

superfície irregular, cada pequena porção da

superfície reflete a luz numa determinada

direção e, consequentemente, o feixe refletido

não é bem-definido, observando-se o

espalhamento da luz em todas as direções.

Obs.: esta forma de reflexão é a mais comum

em nosso cotidiano.


40 | P á g i n a

Figura 42. Reflexão Difusa

2. 7. AS LEIS DA REFLEXÃO

Esta lei vai apenas estudar a reflexão especular.

1º o raio incidente, a normal à superfície

refletora no ponto de incidência e o raio

refletido estão situados em mesmo plano.

2º o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

2. 8. REFRAÇÃO DA LUZ

O fenômeno da refração consiste na

mudança de direção de propagação de um

feixe de luz ao passar de um meio para

outro. Isto só pode ocorrer quando a luz

se propaga com velocidades diferentes nos

dois meios.

QUESTÃO 47

(Ufmg) Marília e Dirceu estão em uma praça

iluminada por uma única lâmpada. Assinale

a alternativa em que estão CORRETAMENTE

representados os feixes de luz que

permitem a Dirceu ver Marília.

QUESTÃO 48

(Ufrrj) Na figura a seguir, F é uma fonte de

luz extensa e A um anteparo opaco.

Pode-se afirmar que I, II e III são,

respectivamente, regiões de

a) sombra, sombra e penumbra.

b) sombra, sombra e sombra.

c) penumbra, sombra e penumbra.


41 | P á g i n a

d) sombra, penumbra e sombra.

e) penumbra, penumbra e sombra.

QUESTÃO 49

(FUVEST) – Admita que o Sol subitamente

"morresse", ou seja, sua luz deixasse de ser

emitida. Vinte e quatro horas após este

evento, um eventual sobrevivente, olhando

para o céu, sem nuvens, veria:

A) Lua e estrelas.

B) somente a Lua.

C) somente estrelas.

D) uma completa escuridão.

E) somente os planetas do sistema solar

QUESTÃO 50

(Unirio) Numa aula prática de Física foi feito

o experimento esquematizado nas figuras I

e II, onde o professor alternou a posição da

fonte e do observador. Com esse

experimento, o professor pretendia

demonstrar uma aplicação da (o):

A) reflexão difusa.

B) fenômeno da difração.

C) princípio da reflexão.

D) princípio da reversibilidade da luz.

E) princípio da independência dos raios

luminosos.

QUESTÃO 51

(UFAL) A figura representa um feixe de raios

paralelos incidentes numa superfície S e os

correspondentes raios emergentes

Esta figura ilustra o fenômeno óptico da

A) dispersão.

B) reflexão difusa.

C) refração.

D) difração.

E) reflexão regular

GABARITO

47) A

48) C

49) C

50) D

51) B


42 | P á g i n a

A RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO

Um corpo em qualquer temperatura emite

radiações eletromagnéticas. Por estarem

relacionadas com a temperatura em que o

corpo se encontra, freqüentemente são

chamadas radia- ções térmicas. Por exemplo,

“sentimos” a emissão de um ferro elétrico

ligado, mas não enxergamos as ondas por ele

emitidas. É que em baixas temperaturas a

maior taxa de emissão está na faixa do

infravermelho. Aumentando-se gradativamente

a temperatura de um corpo, ele começa a

emitir luz visível, de início a luz vermelha,

passando a seguir para a amarela, a verde, a

azul e, em altas temperaturas, a luz branca,

chegando à região do ultravioleta do espectro

eletromagnético.

Para o estudo das radiações emitidas foi

idealizado um corpo, denominado corpo negro.

O modelo prático mais simples de um corpo

negro é o de uma pequena abertura num objeto

oco (figura 1): qualquer radiação que entra vai

sendo refletida e absorvida nas paredes e

acaba por ser completamente absorvida. Se o

objeto oco for aquecido por uma fonte de calor

no seu interior, há emissão de radiação pelo

orifício.

Importante: Nesse modelo, é a abertura que

constitui o corpo negro.

O corpo negro absorve toda radiação que nele

incide, isto é, sua absorvidade é igual a 1 (a =

1) e sua refletividade é nula (r = 0), decorrendo

deste último fato seu nome (negro). O corpo

negro não tem cor à reflexão mas pode ter cor

à emissão. Todo absorvente é bom emissor.

Logo, o corpo negro, além de absorvedor ideal,

é também um emissor ideal. Sua emissividade

é igual a 1 (e = 1). Um corpo negro,

independentemente do material com que é

confeccionado, emite radiações térmicas com a

mesma intensidade, a uma dada temperatura e

para cada comprimento de onda. Daí decorre o

uso do corpo negro para o estudo das

radiações emitidas. Através do orifício tem-se a

emissão de radiação por aquecimento.

Observe no gráfico que, para dado

comprimento de onda, a intensidade da

radiação adquire valor máximo. Repetindo-se a

Figura 2. Gráfico da intensidade da radiação em função do comprimento de onda


43 | P á g i n a

mesma experiência para temperaturas

diferentes, obtêm-se os resultados mostrados

na figura 3.

Desses resultados concluímos que: •

Aumentando-se a temperatura, para um dado

comprimento de onda, a intensidade da

radiação aumenta. A lei de Stefan-Boltzmann,

aplicada ao corpo negro fornecea intensidade

total I da radiação emitida: 4

I = σ ⋅T4 onde σ =5,67 10-8 𝑤

𝑚2𝑘4 ⋅ σ é a

constante de Stefan-Boltzmann. • Aumentando-

se a temperatura, o pico da distribuição se

desloca para comprimentos de onda menores.

Aumentando-se a temperatura, o pico

da distribuição se desloca para comprimentos

de onda menores.

Ao explicar por meio da teoria clássica

os resultados experimentais obtidos, observou-

se que, para grandes comprimentos de onda,

havia certa concordância com os resultados

experimentais. Entretanto, para comprimentos

de onda menores havia grande discordância

entre a teoria e a experiência (figura 4). Esta

discordância é conhecida como “catástrofe do

ultravioleta”.

Em dezembro de 1900, o físico alemão Max

Planck apresentou à Sociedade Alemã de

Física um estudo teórico a respeito da emissão

de radiação de um corpo negro, deduzindo a

equação que estava plenamente em acordo

com os resultados experimentais. Entretanto,

“para conseguir uma equação a qualquer

custo”, teve que considerar a existência, na

superfície do corpo negro, de cargas elé- tricas

oscilantes que emitem energia radiante não de

modo contínuo, como sugere a teoria clássica,

mas sim em porções descontínuas, “partículas”

que transportam, cada qual, uma quantidade

de energia E bem definida. Essas “partículas”

foram denominadas “fótons”. A energia E de

cada fóton é denominada quantum (no plural

quanta). O quantum E de energia radiante de

freqüência f é dado por:

𝐸 = ℎ𝑣

em que h é uma constante de

proporcionalidade denominada constante de

Planck, cujo valor é dado por: h = 6,63 x10-34

J.s

A solução encontrada por Planck, ao resolver a

questão do corpo negro, considerando que a

energia é quantizada, permitiu explicar outros

conceitos físicos a nível microscópico. Por isso,

a data de dezembro de 1900 é considerada o

marco divisório entre a Física Clássica e a

Física Quântica – a teoria física dos fenômenos

microscópicos.

EFEITO FOTOELÉTRICO

O efeito fotoelétrico consiste na emissão de

elé- trons de uma superfície metálica, devido à

incidência de radiação eletromagnética sobre

esta. Os elétrons arrancados do metal pela

radiação incidente são chamados de

fotoelétrons.

Figura 3. Intensidade

da radiação do

corpo negro em

função do

comprimento de

onda em três

temperaturas.


44 | P á g i n a

Dentre os fenômenos observados

experimentalmente durante o efeito fotoelétrico,

é possível destacar as seguintes

características:

• a energia dos elétrons emitidos pela

superfície depende da frequência da radiação

incidente, e não da sua intensidade;

• o aumento da intensidade da radiação

incidente provoca apenas um aumento do

número de elétrons emitidos;

• os elétrons são emitidos instantaneamente

pela superfície metálica. Tais características

não puderam ser explicadas de forma

satisfatória pela Física Clássica, que defende a

natureza ondulatória da luz. Em 1905, Einstein

propôs uma nova teoria a respeito da natureza

da luz.

HIPOTESE DE EINSTEIN

Segundo Einstein, a luz e as demais ondas

eletromagnéticas são formadas de pequenos

pacotes de energia (quanta) chamados de

fótons (teoria corpuscular da luz).

Durante o efeito fotoelétrico, cada fóton atinge

um único elétron, transferindo-lhe toda a sua

energia. A energia de cada fóton é a mesma

proposta por Max Karl Ernest Ludwig Planck

(1858-1947) para a radiação do corpo negro,

em que ele lança a ideia da quantização da

energia radiante. A equação que expressa a

energia de cada fóton é dada por:

𝑬𝒇𝒐𝒕𝒐𝒏 = 𝒉𝒇

Onde f é a frequência da radiação

eletromagnética e h é a chamada constante de

Planck e seu valor é igual a: h=6,63x10-34 j ou

4,14x10-15 ev .s

FUNÇÃO TRABALHO

Para que o efeito fotoelétrico ocorra, é

necessário que a energia dos fótons seja maior

que a energia de ligação dos elétrons presos

ao metal.

Essa energia mínima é chamada função

trabalho e seu valor é característico de cada

metal.

A tabela a seguir mostra alguns exemplos dos

valores da função trabalho para alguns metais

A energia cinética máxima de cada fotoelétron

emitido no efeito fotoelétrico é dada pela

energia do fóton absorvida pelo elétron menos

a energia necessária para romper a ligação

com o metal. A equação que expressa a

energia cinética máxima de cada fotoelétron é

dada por:

𝑬𝒎𝒊𝒏𝒊𝒎𝒂 = 𝒉𝒇. 𝒘𝟎

Sendo W0 a função trabalho.

FREQUENCIA DE CORTE COMPRIMENTO

DE ONDA DE CORTE

Para que os fotoelétrons sejam emitidos do

metal, é necessário que os fótons da radiação

incidente tenham um valor de energia mínima

superior à função trabalho do metal. Isso

corresponde a um valor de frequência mínima

da onda incidente, chamada de frequência de

corte. Esse valor também é característico de

cada material e pode ser calculado com a

seguinte equação:

𝒇𝑶 = 𝑾𝟎

𝒉

Esse valor da frequência de corte corresponde

a um comprimento de onda chamado de


45 | P á g i n a

comprimento de onda de corte. A equação que

expressa o comprimento de onda de corte para

um determinado metal é dada por:

𝝀𝟎 =𝒉. 𝒄

𝒘𝟎

A frequência de corte e a função trabalho de

um determinado metal são mostradas no

gráfico a seguir:

EFEITO COMPTON: A CONFIRMAÇÃO DA

NATUREZA CORPUSCULAR DA RADIAÇÃO.

Foram quase duas décadas entre o trabalho de

Einstein sobre o Efeito Fotoelétrico em 1905,

no qual ele introduziu o termo fóton até a

efetiva comprovação de que o fóton – a

partícula de luz – carregava o momento linear.

Nesse trabalho, Einstein atribuiu à radiação

eletromagnética, uma natureza dual – ora

onda, ora partícula. Embora a teoria de Einstein

explicasse o Efeito Fotoelétrico, foi somente no

ano de 1923 que a natureza corpuscular da

radiação foi confirmada através dos resultados

de um experimento realizado por Arthur Holly

Compton. Em seu experimento, Compton fez

incidir um feixe de raios X de comprimento de

onda 0,7 Å sobre um alvo de grafite. A partir

daí, ele mediu os comprimentos de onda dos

raios X espalhados pelo alvo em várias

direções pré-selecionadas. Os resultados

obtidos para os diferentes ângulos de

espalhamento não só discordavam das

previsões do eletromagnetismo clássico, como

também serviram para a confirmação do

comportamento corpuscular das radiações. A

figura 1 representa esquematicamente o

espalhamento após a interação fóton-elétron.

Tudo acontece como num jogo de bilhar.

As previsões clássicas eram que, após o

espalhamento, as ondas deveriam ter o mesmo

comprimento de onda incidente, ou pelo

menos, bastante próximos. Entretanto, o que

se observou foram dois picos, correspondentes

a dois comprimentos de onda distintos e a

diferença entre estes (deslocamento Compton

= ∆λ) era diretamente proporcional ao cosseno

do ângulo de observação em relação à direção

do feixe incidente. Compton descreveu o

resultado de seu experimento tal qual um

processo de colisão elástica.

A explicação dada por Compton foi que a

radiação é composta por um feixe de fótons, de

energia 𝐸 = ℎ𝑣 e momento 𝑝 =ℎ

𝜆 . Quando um

destes fótons colide com um elétron∗ , parte de

sua energia é perdida para o elétron na colisão.

O elétron ganha então energia cinética e

escapa do grafite e o fóton é desviado de sua

trajetória inicial com um déficit de energia – a

energia do fóton desviado é agora a energia do

fóton incidente menos a energia cinética

adquirida pelo elétron. Sendo menor a energia

do fóton espalhado, menor é sua freqüência e,

portanto, maior é seu comprimento de onda.

Matematicamente, é possível mostrar que o

deslocamento Compton depende somente do

ângulo de espalhamento, sendo independente

da energia do fóton incidente. O cálculo não

seria demasiado difícil, se não fosse o fato de

que precisamos ter alguma noção da Teoria da

Relatividade Especial de Einstein, visto que o

elétron espalhado é relativístico. O experimento

realizado por Compton foi decisivo, pois a partir

daí passou-se a abordar a luz em termos de

dualidade onda-partícula, visto que alguns

experimentos comprovavam seu caráter

ondulatório e outros, seu caráter corpuscular.


46 | P á g i n a

PARTÍCULAS ELEMENTARES

Para termos uma idéia de como este ramo da

Física se desenvolveu, devemos começar

dizendo que, no início da década de 1930,

sabia-se que o núcleo atômico, descoberto 20

anos antes por Rutherford, era composto por

duas partículas diferentes: o próton, cuja carga

era a mesma do elétron porém com sinal

positivo e com uma massa cerca de 2000

vezes maior, e o nêutron, cuja massa é muito

próxima à do próton e com carga elétrica nula.

De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons

orbitam em torno do núcleo graças à ação da

força eletromagnética. Tudo se encaixaria

perfeitamente não fosse uma questão simples,

mas fundamental: as mesmas forças

eletromagnéticas que mantêm os elétrons em

volta do núcleo devem causar uma violenta

repulsão entre os prótons dentro do núcleo, já

que estes ocupam um volume muito menor que

o átomo como um todo. A resposta óbvia é que

prótons e nêutrons devem sentir dentro do

núcleo uma força suficientemente forte para

evitar a repulsão entre os prótons e ao mesmo

tempo esta força deve ser de curto alcance, ou

seja, deve agir apenas para distâncias da

ordem do tamanho do núcleo, já que elas são

imperceptíveis no nosso dia-a-dia do mundo

macroscópico, ao contrário do que ocorre com

as forças eletromagnéticas, de longo alcance e

responsáveis por toda a estrutura molecular

que constitui a matéria tangível.

Nesta altura, já se conhecia o papel que o fóton

ou quantum de energia eletromagnética,

possuía dentro de nossa compreensão das

forças eletromagnéticas. De fato, de acordo

com a concepção moderna do conceito de

força, cada uma das interações básicas da

natureza se manifesta através da troca entre

partículas (ou campos) conhecidas como

“bósons de gauge”. No caso da força

eletromagnética, o fóton é o “bóson de gauge”

correspondente e pode ser visto como uma

espécie de mediador da força eletromagnética

(ou partícula transportadora de força) sentida

por duas partículas eletricamente carregadas.

Assim, dois elétrons a uma dada distância um

do outro, interagem por que estão

constantemente trocando fótons entre si. Em

1934, baseado nesta mesma idéia, Yukawa

propôs a existência de uma nova partícula

capaz de fazer esta mesma mediação para o

caso da força nuclear ou força forte. Yukawa

previu inclusive a massa que tal partícula

deveria ter e a chamou de méson.

Aproximadamente 10 anos mais tarde, mais

precisamente em 1946, o méson de Yukawa foi

detectado experimentalmente e verificou-se

que sua massa era de fato muito próxima ao

valor estimado por ele. Surgia assim a primeira

teoria para a força forte. Atualmente, o méson

de Yukawa é conhecido como méson ou

simplesmente pion, e de lá para cá mais de

algumas dezenas de tipos diferentes de

mésons foram observados experimentalmente.

No caso do pion, sua determinação

experimental foi feita usando-se uma técnica de

observação dos chamados raios cósmicos, que

chegam constantemente ao nosso planeta

provenientes do espaço.

EXERCICIO


47 | P á g i n a

1. (MEC) Em 1900, Max Planck apresenta à

Sociedade Alemã de Física um estudo, onde, entre

outras coisas, surge a idéia de quantização. Em

1920, ao receber o prêmio Nobel, no final do seu

discurso, referindo-se às idéias contidas naquele

estudo, comentou: "O fracasso de todas as

tentativas de lançar uma ponte sobre o abismo logo

me colocou frente a um dilema: ou o quantum de

ação era uma grandeza meramente fictícia e,

portanto, seria falsa toda a dedução da lei da

radiação, puro jogo de fórmulas, ou na base dessa

dedução havia um conceito físico verdadeiro. A

admitir-se este último, o quantum tenderia a

desempenhar, na física, um papel fundamental...

destinado a transformar por completo nossos

conceitos físicos que, desde que Leibnitz e Newton

estabeleceram o cálculo infinitesimal,

permaneceram baseados no pressuposto da

continuidade das cadeias causais dos eventos. A

experiência se mostrou a favor da segunda

alternativa." (Adaptado de Moulton, F.R. e Schiffers,

J.J. Autobiografia de la ciencia. Trad. Francisco A.

Delfiane. 2 ed. México: Fondo de Cultura

Económica, 1986. p. 510) O referido estudo foi

realizado para explicar:

(A) a confirmação da distribuição de Maxwell-

Boltzmann, de velocidades e de trajetórias das

moléculas de um gás.

(B) a experiência de Rutherford de espalhamento

de partículas alfa, que levou à formulação de um

novo modelo atômico.

(C) o calor irradiante dos corpos celestes, cuja

teoria havia sido proposta por Lord Kelvin e já havia

dados experimentais.

(D) as emissões radioativas do isótopo Rádio-226,

descoberto por Pierre e Marie Curie, a partir do

minério chamado "pechblenda".

(E) o espectro de emissão do corpo negro, cujos

dados experimentais não estavam de acordo com

leis empíricas até então formuladas.

(MEC) No gráfico ao lado estão representadas três

curvas que mostram como varia a energia emitida

por um corpo negro para cada comprimento de

onda, E(λ), em função do comprimento de onda λ,

para três temperaturas absolutas diferentes: 1000

K, 1200 K e 1 600 K. Com relação à energia total

emitida pelo corpo negro e ao máximo de energia

em função do comprimento de onda, pode-se

afirmar que a energia total é:

(A) proporcional à quarta potência da temperatura

e quanto maior a temperatura, menor o

comprimento de onda para o qual o máximo de

energia ocorre.

(B) proporcional ao quadrado da temperatura e

quanto maior a temperatura, maior o comprimento

de onda para o qual o máximo de energia ocorre.

(C) proporcional à temperatura e quanto maior a

temperatura, menor o comprimento de onda para o

qual o máximo de energia ocorre.

(D) inversamente proporcional à temperatura e

quanto maior a temperatura, maior o comprimento

de onda para o qual o máximo de energia ocorre.

(E) inversamente proporcional ao quadrado da

temperatura e quanto maior a temperatura, maior

o comprimento de onda para o qual o máximo de

energia ocorre.

3. (UFRN) As lâmpadas incandescentes são pouco

eficientes no que diz respeito ao processo de

iluminação. Com intuito de analisar o espectro de

emissão de um filamento de uma lâmpada

incandescente, vamos considerá-lo como sendo

semelhante ao de um corpo negro (emissor ideal)

que esteja à mesma temperatura do filamento

(cerca de 3000 K). Na figura abaixo, temos o

espectro de emissão de um corpo negro para

diversas temperaturas.


48 | P á g i n a

Intensidade da radiação emitida por um corpo negro em função da freqüência para diferentes valores de temperatura.

Diante das informações e do gráfico, podemos afirmar que, tal como um corpo negro:

A) os fótons mais energéticos emitidos por uma lâmpada incandescente ocorrem onde a intensidade é máxima. B) a freqüência em que ocorre a emissão máxima independe da temperatura da lâmpada. C) a energia total emitida pela lâmpada diminui com o aumento da temperatura. D) a lâmpada incandescente emite grande parte de sua radiação fora da faixa do visível.

4. (Uneb-BA) De acordo com o físico Max

Planck, que introduziu o conceito de

energia quantizada, a luz, elemento

imprescindível para manutenção da vida na

Terra, como toda radiação eletromagnética,

é constituída por pacotes de energia

denominados:

A) bárions. B) dipolos. C) íons. D) pulsos. E) fótons.

5. (Univale-MG) O efeito fotoelétrico pode ser

explicado a partir das suposições de Einstein de que:

A) a energia da luz cresce com a velocidade. B) átomos irradiam energia. C) a massa do elétron cresce com a

velocidade. D) a carga do elétron cresce com a velocidade. E) a energia da luz é quantizada.

6. (PUC-MG) O efeito fotoelétrico é um fenômeno pelo qual:

A) elétrons são arrancados de certas superfícies quando há incidência de luz sobre elas. B) as lâmpadas incandescentes comuns emitem um brilho forte. C) as correntes elétricas podem emitir luz. D) as correntes elétricas podem ser

fotografadas. E) a fissão nuclear pode ser explicada.

7. (UFRGS-RS) 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 a adoção de um modelo corpuscular para a luz. III. Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a freqüência da luz incidente nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal.


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

8. (UFSC) Assinale a(s) proposição(ões) correta(s):

01) a luz, em certas interações com a matéria,

comporta-se como uma onda eletromagnética; em outras interações ela se comporta como partícula, como os fótons no efeito fotoelétrico. 02) a difração e a interferência são fenômenos


49 | P á g i n a

que somente podem ser explicados satisfatoriamente por meio do comportamento ondulatório da luz. 04) o efeito fotoelétrico somente pode ser explicado satisfatoriamente quando consideramos a luz formada por partículas, os fótons. 08) o efeito fotoelétrico é conseqüência do comportamento ondulatório da luz. 16) devido à alta freqüência da luz violeta, o "fóton violeta" é mais energético do que o "fóton vermelho".

Dê como resposta a soma das alternativas corretas.

9. (MEC) O efeito fotoelétrico contrariou as previsões teóricas da física clássica porque mostrou que a energia cinética máxima dos elétrons, emitidos por uma placa metálica iluminada, depende:

A) exclusivamente da amplitude da radiação

incidente. B) da freqüência e não do comprimento de onda da radiação incidente. C) da amplitude e não do comprimento de onda

da radiação incidente. D) do comprimento de onda e não da freqüência da radiação incidente. E) da freqüência e não da amplitude da

radiação incidente.

10. (UFRGS-RS) Um átomo de hidrogênio tem

sua energia quantizada em níveis de energia

(En), cujo valor genérico é dado pela expressão

, sendo n igual a 1, 2, 3… e E0 igual à

energia do estado fundamental (que corresponde

a n = 1).

Supondo-se que o átomo passe do estado

fundamental para o terceiro nível excitado (n =

4), a energia do fóton necessário para provocar

essa transição é:

a) E0.

b) E0.

c) E0.

d) E0.

e) E0

11. (ITA-SP) A tabela a seguir mostra os níveis

de energia de um átomo do elemento X que se

encontra no estado gasoso:

E0 0

E0 7,0 eV

E2 13,0 eV

E3 17,4 eV

Ionização 21,4 eV

Dentro das possibilidades abaixo, a energia que

poderia restar a um elétron com energia de 15

eV, após colidir com um átomo de X, seria de:

A) 0 eV.

B) 4,4 eV.

C) 16,0 eV.

D) 2,0 eV.

E) 14,0 eV.

12. (PUC-RS) A energia de um fóton é

diretamente proporcional a sua freqüência, com

a constante de Plank, h, sendo o fator de

proporcionalidade. Por outro lado, pode-se

associar massa a um fóton, uma vez que ele

apresenta energia (E = mc2 ) e quantidade de

movimento. Assim, a quantidade de movimento

de um fóton de freqüência f propagando-se com

velocidade c se expressa como:

A) c2/hf.

B) hf/c2.

C) hf/c.

D) c/hf.

E) cf/h.


50 | P á g i n a

13. (UFRN) Bárbara ficou encantada com a

maneira de Natasha explicar a dualidade onda-

partícula, apresentada nos textos de Física

Moderna. Natasha fez uma analogia com o

processo de percepção de imagens,

apresentando uma explicação baseada numa

figura muito utilizada pelos psicólogos da

Gestalt. Seus esclarecimentos e a figura

ilustrativa são reproduzidos a seguir:

Figura citada por Natasha, na qual dois perfis

formam um cálice e vice-versa.

A minha imagem preferida sobre o

comportamento dual da luz é o desenho de um

cálice feito por dois perfis. Qual a realidade que

percebemos na figura? Podemos ver um cálice

ou dois perfis, dependendo de quem

consideramos como figura e qual

consideraremos como fundo, mas não podemos

ver ambos simultaneamente. É um exemplo

perfeito de realidade criada pelo observador, em

que nós decidimos o que vamos observar. A luz

se comporta de forma análoga, pois,

dependendo do tipo de experiência ("fundo"),

revela sua natureza de onda ou sua natureza de

partícula, sempre escondendo uma quando a

outra é mostrada.

Diante das explicações acima, é correto afirmar

que Natasha estava ilustrando, com o

comportamento da luz, o que os físicos chamam

de princípio da:

A) incerteza de Heisenberg.

B) complementaridade de Bohr.

C) superposição.

D) relatividade.

RESPOSTAS

1. E

2. A

3. D

4. E

5. e

6. a

7. e

8. 23 (01 + 02 + 04 + 16)

9. e

10. D

11. D

12. C

13. b (as naturezas corpuscular e ondulatória

não são antagônicas mas, sim, complementares).

disciplina: fÍsica 02 i capÍtulo: …sica-02.pdf · ao atritar um pente em seu cabelo seco,...

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