P2 de Física 4 da USP - 2016

Uma partícula com massa de repouso e energia total igual duas vezes sua energia de repouso colide com uma partícula , idêntica, em repouso. Após a colisão forma-se uma única partícula com massa de repouso . Nos itens abaixo, expresse suas respostas em termos da velocidade da luz e de .

(a) Calcule a velocidade da partícula antes da colisão.

(b) Calcule a velocidade e a massa da partícula resultante

(c) Calcule a energia cinética da partícula resultante.

Um farol emite luz vermelha de frequência . Outro farol , em repouso em relação ao farol , emite luz verde de frequência . Um observador que se move ao longo da linha que une os faróis e , com velocidade em relação a eles, vê as luzes emitidas por e com a mesma cor.

(a) Em que sentido se move o observador? De para ou de para ? Justifique.

(b) Calcule a velocidade do observador em relação à velocidade da luz.

A emitância espectral de uma estrela atinge o máximo num comprimento de onda igual a .

(a) Calcule a temperatura da estrela.

(b) Se ela tem raio , calcule a potência total emitida pela estrela. Suponha que a estrela emite radiação como um corpo negro.

Luz monocromática de comprimento de onda , proveniente de uma fonte com intensidade , incide sobre três superfícies metálicas constituídas de lítio (Li), berílio (Be) e mercúrio (Hg). As funções de trabalho de cada um destes materiais são dadas por , e , respectivamente.

(a) Determine em que casos é possível observar o efeito fotoelétrico.

(b) Calcule a diferença de potencial necessária para frear os fotoelétrons (potencial frenador ou potencial de corte) nos casos em que os fotoelétrons são observados, conforme o item (a)

(c) Se ao invés da fonte com intensidade tivéssemos utilizado uma fonte com intensidade , mas com o mesmo comprimento de onda , como mudariam os itens (a) e (b) e o número de fotoelétrons emitidos?

Considere um átomo de hidrogênio em repouso com massa total . Suponha que o elétron deste átomo passou do primeiro estado excitado para o estado de energia mais baixa, através da emissão de um fóton. Utilize o modelo de Bohr para responder os itens abaixo. Forneça seus resultados apenas em termos de , , da massa de repouso do elétron e da constante de Rydberg .

(a) Calcule o comprimento de onda do fóton emitido.

(b) Ao emitir o fóton, o átomo de deve recuar na direção oposta para que haja conservação de momento. A velocidade de recuo do átomo de é muito menor do que a velocidade da luz . Calcule .

(c) Se o fóton emitido for espalhado por um elétron em repouso, qual será o maior valor possível do seu comprimento de onda?