P2 de Física 4 da USP - 2019

Um fóton com comprimento de onda ( sendo a massa de repouso do elétron e a velocidade da luz) incide sobre um elétron em repouso. O fóton é espalhado em uma direção oposta à direção de incidência. Calcule a energia cinética desse elétron, em termos de e de .

Uma estrela esférica de raio e com temperatura emite radiação térmica como um corpo negro.

a) Calcule a quantidade de massa perdida pela estrela durante um intervalo de tempo (expresse sua resposta em termos da constante de Stefan-Boltzmann, de , , e ).

b) Um laboratório na Terra observa que o comprimento de onda do máximo da distribuição de radiação térmica da estrela é . Supondo que a estrela esteja se afastando da Terra com velocidade , calcule sua temperatura, como função de , , e da constante de Wien .

Em uma experiência sobre efeito fotoelétrico, obtiveram curvas de corrente como função da diferença de potencial para dois conjuntos de feixes luminosos e potências e . Assuma o valor para a constante de Planck.

a) Qual é a energia dos fótons, em , para cada feixe?

b) Obtenha a função trabalho do metal (em ) considerando que o potencial de freiamento dos elétrons do feixe (1) é igual a . Em seguida obtenha o potencial de freiamente para os elétrons do feixe (2).

c) Quantos elétrons (por segundo) o feixe de menor potência consegue arrancar do metal, sabendo-se que a probabilidade de um elétron ser arrancado por um fóton desse feixe é ?

Considere o modelo de Bohr para um íon monoeletrônico com número atômico . Neste caso, um elétron de massa e carga move-se numa órbita circular de raio em torno de um núcleo fixo de carga .

a) Partindo da segunda lei de Newton determine o módulo da velocidade do elétron em função do raio da órita .

b) Utilizando a quantização do momento angular, deduza a energia do íon num estado estacionário caracterizado pelo número quântica .

As respostas devem ser dadas apenas em termos do número quântico , do número atômico e das constantes fundamentais , massa do elétron , e .

Uma partícula com energia cinética de e massa de repouso colide inelásticamente com outra partícula de mesma massa em repouso, resultando em uma única partícula após a colisão.

a) Encontre a razão entre a velocidade inicial da partícula incidente e a velocidade da luz.

b) Encontre a razão entre a velocidade da partícula resultante e a velocidade da luz.

c) Encontre a razão entre a massa de repouso da partícula resultante e .