Questões de Física - Física moderna - Teoria da relatividade
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Para responder à questão, leia o epílogo do livro O fim da Terra e do Céu, do físico brasileiro Marcelo Gleiser.
A sabedoria dos céus
Cada vez que tocamos algo na Natureza, causamos reverberações no resto do Universo. John Muir (1838-1914)
Existe magia nos céus. E essa magia nos compele a olhar para cima, a explicar, de alguma forma, nosso lugar no vasto Universo em que vivemos. Afinal, nós somos poeira das estrelas, nossa química deriva de explosões estelares que ocorreram antes ainda da formação do sistema solar. Se durante a história da humanidade nossas explicações vieram originalmente das várias religiões, hoje elas provêm da ciência. Mas, conforme procurei argumentar neste livro, não existe uma ruptura abrupta entre o discurso religioso e o discurso científico. O fascínio e o medo dos céus, que são parte integral de muitas religiões, influenciaram e influenciam o desenvolvimento das teorias científicas que criamos para explicar os movimentos celestes. O que antes era inesperado, assustador, tantas vezes interpretado como uma mensagem dos deuses ou mesmo como um prenúncio do Fim, é hoje incorporado nas nossas teorias cósmicas, que visam descrever os diversos fenômenos celestes como sendo consequência de relações de causa e efeito entre objetos materiais. A magia, mesmo que agora faça parte do discurso científico, persiste.
É difícil aceitar a ideia de que nós somos relativamente insignificantes dentro do contexto cósmico, de que nossa existência individual ou mesmo como espécie tem tão pouca influência no desenrolar das criações e destruições que se propagam pelo Universo. Como podemos reconciliar nossa capacidade de refletir sobre o mundo e sobre nós mesmos com o fato de que nossas vidas são tão curtas, de que por mais que amemos e aprendamos, teremos sempre muito mais o que amar e aprender? Não existe uma única resposta para essa pergunta. Cada pessoa tenta, consciente ou inconscientemente, responder a ela de alguma forma. Talvez a resposta esteja na própria pergunta, no fato de que nos sa existência é limitada. Sem limites não existem desejos. E sem desejo não existe criação. Seria frustrante passar toda uma vida nos preocupando com o que não teremos chance de fazer após morrermos. Mais do que frustrante, seria um desperdício.
Nós vimos como processos regenerativos ocorrem a partir de eventos destrutivos: asteroides caem sobre a Terra, extinguindo várias espécies mas permitindo que outras evoluam; estrelas são criadas a partir dos restos de outras, em um ciclo de renovação que se perpetua de galáxia em galáxia; até mesmo o nosso Universo tem uma história, cujo começo ainda não conhecemos e cujo fim talvez jamais vamos conhecer. Esses processos de regeneração não são uma exclusividade celeste, mas ocorrem à nossa volta todos os dias. Cada árvore que tomba dá origem a muitas outras; cada vida humana semeia muitas outras. Nós somos seres complicados, imaturos, capazes das mais belas criações e dos crimes mais horrendos. Talvez, ao aprendermos mais sobre o mundo à nossa volta, sobre os vários ciclos de criação e destruição que acontecem continuamente nos céus e na Terra, sejamos capazes de crescer um pouco mais, de enxergar além das nossas diferenças, e de trabalhar juntos para a preservação do nosso planeta e da nossa espécie. O primeiro passo é simples: é só olhar para os lados, com respeito, curiosidade, humildade e admiração. E não temos sequer um minuto a perder.
(O fim da Terra e do Céu, 2011.)
Pode ser considerado mais impessoal e objetivo o seguinte enunciado do texto:
Em um experimento, dois relógios idênticos e sincronizados apresentam uma diferença perceptível na medida do tempo. Um dos relógios se encontra em repouso, enquanto o outro está em movimento a uma velocidade escalar v constante, próxima à velocidade escalar c da luz. Segundo a teoria da relatividade de Albert Einstein, entre o intervalo de tempo , medido pelo relógio em repouso, e o intervalo de tempo , medido pelo relógio em movimento, observa-se a seguinte relação:
Considere que o deslocamento do relógio ocorre à velocidade durante segundos.
Logo, o tempo, em segundos, decorrido no relógio em repouso, é igual a:
A Física desenvolvida a partir do século XX normalmente é chamada de Física Moderna, a qual permite explicar fenômenos da natureza que ocorrem a nível atômico e a altas velocidades. As proposições de Albert Einstein, Max Planck e Louis De Broglie foram fundamentais para o início do desenvolvimento da Física Moderna.
Sobre os aportes desses cientistas à Física Moderna, é correto afirmar que:
Considerando-se a teoria da relatividade restrita, criada por Albert Einstein no início do século XX, marque V para as afirmativas verdadeiras e F, para as falsas
( ) O ano-luz é uma unidade de medida de distância.
( ) A velocidade da luz é a mesma em qualquer referencial.
( ) O tempo é absoluto e transcorre do mesmo modo para quaisquer observadores.
( ) As previsões da mecânica clássica são válidas, quando os corpos possuem velocidades muito menores que a velocidade da luz.
A sequência correta, de cima para baixo, é
A tomografia por emissão de pósitrons é um exame da medicina nuclear que utiliza elementos radioativos que decaem por emissão de pósitrons, que são antipartículas do elétron. Após ser emitido, o pósitron encontra um elétron das células do paciente, ocorre a aniquilação de ambos e criam-se dois fótons de radiação gama. O equipamento detecta essa radiação e constrói a imagem da região do interior do corpo do paciente.
De acordo com a Teoria da Relatividade, a relação entre massa (m) e energia (E) é dada pela expressão E = mc2, sendo c a velocidade da luz no vácuo igual a 3 × 108 m/s.
Considerando-se a massa do elétron igual a 9 × 10–31 kg, a quantidade de energia associada a cada fóton da radiação gama resultante da aniquilação de um par elétron-pósitron é
Analise as proposições com relação à mecânica clássica, à mecânica relativística e à mecânica quântica.
I A mecânica clássica é válida para descrever os movimentos cujas velocidades sejam próximas à velocidade da luz.
II. Quanto mais próxima da velocidade da luz estiver a velocidade de uma partícula menor serão os efeitos relativísticos.
III. A mecânica quântica deve ser utilizada para se estudar o movimento de partículas subatômicas.
IV. A dualidade onda-partícula refere-se ao fato de que partículas podem exibir comportamento ondulatório, e radiação pode ter comportamento corpuscular.
V. No efeito fotoelétrico assume-se que a radiação eletromagnética é constituída por um feixe de partículas (fótons).
Assinale a alternativa correta.
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