PF de Física 4 da UFRJ - 2017.1

Considere as afirmações a seguir e marque a alternativa CORRETA.

1. Os campos elétrico e magnético são sempre perpendiculares entre si no vácuo.
2. As ondas eletromagnéticas podem ser justificadas com as equações de Maxwell sem o termo dado pela corrente de deslocamento.
3. Uma onda eletromagnética estacionária dentro de uma cavidade condutora possui o CAMPO MAGNÉTICO identicamente nulo nas paredes da cavidade.

1. Todas estão incorretas.
2. Todas estão corretas.
3. Apenas está correta.
4. Apenas está correta.
5. Apenas está correta.
6. Apenas e estão corretas.
7. Apenas e estão corretas.

Um feixe de luz monocromático parte do vácuo e incide em um determinado material com um ângulo de incidência de .

O ângulo formado entre a direção do feixe incidente e a direção do feixe refratado é de .

Determine o índice de refração do material.

Uma lâmpada incandescente de de potência possui eficiência de na conversão de energia elétrica em energia luminosa. Um espelho circular plano, com raio de , é posicionado a uma distância de da lâmpada.

Na aproximação de onda plana monocromática, determine a força média sentida pelo espelho devido à pressão de radiação. Considere que toda a área do espelho é iluminada igualmente, com uma incidência normal.

Determine a fração onde é a velocidade do elétron no nível fundamental do modelo de Bohr em termos de constantes fundamentais.

Em relação a um referencial inercial, um elétron possui velocidade e massa de repouso e está em rota de colisão frontal com um pósitron em repouso.

Considere que após a colisão o par elétron-pósitron é aniquilado e surge um campo eletromagnético com um único fóton. O módulo do momento linear e a energia do fóton gerado são dados por:

1. Esse processo de aniquilação não pode ocorrer na natureza.
2. e
3. e
4. e
5. e

Um experimento de dupla fenda com elétrons gera uma distribuição de franjas em um anteparo de observação. As franjas brilhantes são separadas por uma distância .

Suponha que a mesma experiência seja repetida com prótons, mantendo-se idênticas as demais condições do experimento. Neste caso, a distância entre as franjas no anteparo é dada por . Considere as afirmações a seguir e marque a alternativa CORRETA.

1. Caso os prótons incidentes na dupla fenda possuam a mesma energia que os elétrons, .
2. Caso os prótons incidentes na dupla fenda possuam a mesma velocidade que os elétrons, .
3. Caso os prótons incidentes na dupla fenda possuam o mesmo momento linear que os elétrons, .

1. Apenas e são verdadeiras.
2. Apenas e são verdadeiras.
3. Apenas e são verdadeiras.
4. Todas são verdadeiras.
5. Nenhuma é verdadeira.
6. Apenas é verdadeira.
7. Apenas é verdadeira.

Considere uma função de onda de uma partícula dada por , para , , para e , para outros valores de .

Determine o valor de para o qual a função de onda da partícula fique normalizada.

Um fóton de raios X com comprimento de onda é espalhado por um elétron livre em repouso. O fóton é desviado de .

Qual é a energia cinética do elétron após a colisão com o fóton? Utilize a expressão não relativística entre o momento linear e a energia cinética.

Um estudante de laboratório de Física Moderna realiza um experimento para estimar a constante de Planck e a função trabalho de um material, observando o efeito fotoelétrico.

Os pontos experimentais obtidos do potencial de freamento versus a frequência da luz incidente para um mesmo material estão no gráfico a seguir. A curva contínua representa a reta que melhor se ajusta aos dados experimentais.

Baseando-se apenas no gráfico e desconsiderando as incertezas, a constante de Planck é estimada pelo valor:

A figura abaixo ilustra um raio policromático incidindo na superfície de um paralelepípedo (a reta normal á superfície de incidência está indicada na figura).

O índice de refração do ar é e o índice de refração do paralelepípedo é função da frequência, maior que para toda frequência e satisfaz .

Sendo as frequências dos raios , respectivamente, podemos afirmar que

1. e os raios , , e não existem.
2. e os raios , , e não existem.
3. e os raios , , e não existem.
4. e os raios , , e não existem.
5. e os raios , , e não existem.
6. e os raios , , e não existem.

Uma onda plana monocromática incide em uma fenda retangular de largura . A direção de propagação da onda incidente é perpendicular ao plano da abertura. Um padrão de difração é observado em um anteparo bem distante da abertura.

Imagine que, para um ponto do anteparo, a diferença do caminho percorrido entre a onda secundária produzida pelo ponto mais alto da abertura e a onda secundária produzida pelo ponto médio seja um comprimento de onda da luz incidente.

Pode-se afirmar que este ponto corresponde ao:

1. Primeiro mínimo de difração
2. Segundo mínimo de difração
3. Primeiro máximo de difração
4. Segundo máximo de difração
5. Terceiro mínimo de difração
6. Terceiro máximo de difração

Em relação a um dado referencial inercial, um evento tem coordenadas e .

Quais coordenadas e podem descrever o mesmo evento visto de um outro referencial inercial?

Considere que na origem dos tempos ambos referenciais possuem a mesma origem.

1. ,
2. ,
3. ,
4. ,
5. ,
6. ,

Considere as afirmações a seguir e marque a alternativa CORRETA.

1. A densidade de corrente de deslocamento sempre é nula no vácuo
2. A intensidade da radiação eletromagnética produzida por um dipolo elétrico é máxima na direção perpendicular ao eixo de oscilação do dipolo.
3. Um elétron livre em movimento retilíneo acelerado produz um campo eletromagnético esfericamente simétrico.

1. Apenas está correta
2. Apenas está correta
3. Apenas está correta
4. Apenas e estão corretas.
5. Apenas e estão corretas.
6. Todas estão corretas.
7. Todas estão incorretas.

A figura abaixo ilustra o funcionamento de um espelho de Lloyd.

Luz emitida por uma fonte puntiforme pode atingir o anteparo diretamente ou então através de uma reflexão no espelho horizontal, provocando um padrão de interferência no anteparo. Dois destes raios (um pontilhado e outro tracejado) estão indicados na figura .

Seja a distância entre a fonte e o plano do espelho, a distância entre a fonte e o anteparo () e o ângulo de observação, conforme ilustrado na figura .

Sabendo que ao refletir no espelho a onda luminosa ganha uma fase de , assinale a alternativa que está INCORRETA.

1. O padrão de interferência produzido é equivalente a termos duas fontes emitindo coerentemente e defasadas por , com a segunda fonte estando na posição da imagem da primeira, com relação ao espelho plano.
2. O espaçamento entre os máximos e mínimos consecutivos na interferência é dado por .
3. Uma região com interferência destrutiva no anteparo se dá em .
4. A intensidade máxima no anteparo é quatro vezes maior do que a intensidade emitida pela fonte .
5. A intensidade média ao longo de um período de oscilação é , onde é intensidade emitida por .

Dentre os pares de campos elétrico e magnético abaixo, descritos em notação complexa (ou fasorial), qual alternativa pode representar uma onda plana eletromagnética propagando-se no vácuo?

Considere , e constantes e .

1. ,
2. ,
3. ,
4. ,
5. ,
6. ,