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Ondas eletromagnéticas
Exercícios de sala
1. O espectro do átomo de magnésio apresenta uma linha a
266,8 nm. Qual(is) da(s) afirmações abaixo é(são)
verdadeira(s) a respeito dessa radiação? Explique.
a) Tem maior frequência que a radiação de comprimento de
onda 402 nm.
b) Faz parte do espectro visível.
c) Tem uma velocidade no vácuo maior que a luz vermelha
de comprimento de onda 652 nm.
d) Tem comprimento de onda maior que o dos raios X.
2. Calcule a energia e a frequência para:
a) Um raio X de 3.10
-10m.
b) Laser verde: λ = 536 nm
3. Sem efetuar cálculos detalhados, coloque as seguintes
fontes de radiação eletromagnética em ordem crescente de
frequência.
a) luz vermelha dos semáforos.
b) Estação de rádio de 89,1 MHz.
c) luz de frequência 3,0 . 10
-14s
-1.
d) luz de comprimento de onda 49 nm.
4. Certa radiação tem comprimento de onda de 574 nm.
Qual a energia, em joules, de:
a) Um único fóton;
b) Um mol de fótons;
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A) Leia para a próxima aula: Livro 1 – Cap. 1 – Páginas 16
a 20.
B) Resolva as questões a seguir.
1. (Uerj) A luz emitida ou absorvida por um átomo, quando projetada em um anteparo, dá origem ao que se chama de espectro atômico, uma espécie de "cédula de identidade" do átomo.
A figura a seguir mostra o espectro de raias da luz emitida pelo átomo de hidrogênio.
Cada raia na figura corresponde a uma freqüência da luz emitida. Considere que os comprimentos de onda da luz, capazes de impressionar o olho humano, variem entre 6900 e 4300 Angstrom. Estes comprimentos de onda são, respectivamente, os das cores vermelha e violeta e estão assinalados na figura pelas linhas tracejadas X e Y. Na escala da figura, a distância entre X e Y é igual a 8cm e a raia luminosa W encontra-se a 1cm de X.
Sabendo-se ainda que a raia Z corresponde à luz de freqüência 6,2×10¢¥Hz e que a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo é de 3×10©m/s calcule os comprimentos de onda da:
a) raia Z; b) raia W.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO
(Puccamp) A luz visível é a fonte de energia da qual dependem as plantas e, por conseguinte, todos os seres vivos. As radiações ultravioleta e infravermelha, que estão fora da faixa visível, podem também ter importância biológica.
2. Certa radiação infravermelha emitida por um corpo aquecido apresenta comprimento de onda 1,2.10¥m e velocidade 3,0.10© m/s. A freqüência dessa radiação vale, em Hz:
a) 2,5.10¢£ b) 1,8.10¢¡ c) 3,6.10© d) 4,8.10§ e) 7,2.10¥
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO
(Ufsm) ÁGUA, MEIO AMBIENTE E TECNOLOGIA
A água dos rios, lagos, mares e oceanos ocupa mais de 70% da superfície do planeta. Pela absorção de energia na forma de calor, principalmente a proveniente do sol, parte dessa água evapora, sobe, condensa-se e forma as nuvens, retornando à terra através de chuva ou neve.
A água, por ser absorvida pelo solo, chega às plantas que, através da transpiração e respiração, passam-na para a atmosfera.
Também os animais contribuem para a circulação da água no ambiente pois, ao ingerirem água, devolvem-na pela respiração e excreção. De forma menos visível, a água ocorre ainda, em grande quantidade, no citoplasma das células e nos demais fluidos biológicos onde regula a temperatura e atua como solvente universal nas reações químicas e biológicas.
Por estar a água relacionada à maioria das ações que ocorrem na natureza, é ela também a responsável, muitas vezes, por problemas ambientais.
Os processos tecnológicos de geração de energia são fontes importantes de impactos ambientais. A queima de combustíveis derivados de petróleo, como a gasolina e o óleo diesel, lança, na atmosfera, grandes quantidades de dióxido de carbono, um dos gases responsáveis pelo efeito estufa. É, pois, relevante que nos interessemos pela água que, paradoxalmente, é fonte de vida e veículo de poluição.
3. A figura representa, esquematicamente, a quantidade de radiação absorvida (I) por certos tipos de vegetais, em função do comprimento de onda (—) da radiação eletromagnética proveniente do Sol.
A freqüência, em Hz, que os seres humanos percebem como verde é cerca de: a) 1,5 × 10£ b) 1,5 × 10¤ c) 6 × 10¦ d) 1,5 × 10¢¢ e) 6 × 10¢¥
4. (Ufmg) Raios X e ondas de rádio estão se propagando no vácuo. Os raios X têm comprimento de onda igual a 7,2×10¢¢m e as ondas de rádio, comprimento de onda igual a 3,0m.
Sejam E(x) a energia dos fótons de raios X, E(r) a energia dos fótons da onda de rádio e v(x) e v(r), respectivamente, as suas velocidades de propagação.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que a) E(x) > E(r) e v(x) = v(r).
b) E(x) = E(r) e v(x) = v(r). c) E(x) > E(r) e v(x) > v(r). d) E(x) = E(r) e v(x) > v(r).
5. (Ufpe) O intervalo de freqüências do som audível é de 20 Hz a 20 kHz. Considerando que a velocidade do som no ar é aproximadamente 340 m/s, determine o intervalo correspondente de comprimentos de onda sonora no ar, em m. a) 2,5 x 10¤ a 2,5 b) 5,8 x 10¤ a 5,8 c) 8,5 x 10¤ a 8,5 d) 17 x 10¤ a 17 e) 37 x 10¤ a 37
6. (Ufrs) São exemplos de ondas os raios X, os raios gama, as ondas de rádio, as ondas sonoras e as ondas de luz. Cada um desses cinco tipos de onda difere, de algum modo, dos demais.
Qual das alternativas apresenta uma afirmação que diferencia corretamente o tipo de onda referido das demais ondas acima citadas? a) Raios X são as únicas ondas que não são visíveis.
b) Raios gama são as únicas ondas transversais.
c) Ondas de rádio são as únicas ondas que transportam energia. d) Ondas sonoras são as únicas ondas longitudinais.
e) Ondas de luz são as únicas ondas que se propagam no vácuo com velocidade de 300000 km/s.
7. (Ufsm) NÃO é exemplo de onda eletromagnética: a) microondas. b) radiação infravermelha. c) radiação ultravioleta. d) raios x. e) ultra-som.
Guia de estudo
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8. (Unifesp) Cientistas descobriram que a exposição das células humanas endoteliais à radiação dos telefones celulares pode afetar a rede de proteção do cérebro. As microondas emitidas pelos celulares deflagram mudanças na estrutura da proteína dessas células, permitindo a entrada de toxinas no cérebro.("Folha de S.Paulo", 25.07.2002)
As microondas geradas pelos telefones celulares são ondas de mesma natureza que
a) o som, mas de menor freqüência. b) a luz, mas de menor freqüência. c) o som, e de mesma freqüência. d) a luz, mas de maior freqüência. e) o som, mas de maior freqüência.
9. (Fuvest) Radiações como Raios X, luz verde, luz ultravioleta, microondas ou ondas de rádio, são caracterizadas por seu comprimento de onda (—) e por sua freqüência (f). Quando essas radiações propagam-se no vácuo, todas aprepropagam-sentam o mesmo valor para
a) — b) f c) —.f d) —/f e) —£/f
10. (Puccamp) A cor do mar e do céu é azul porque o ar atmosférico difunde principalmente a componente azul da luz solar. O comprimento de onda de certa cor azul é 4,5 . 10¨ m e ela se propaga no ar com velocidade de 3,0 . 10© m/s. A freqüência dessa radiação é, em hertz, a) 6,7 . 10¢¥ b) 3,3 . 10¢¥ c) 1,5 . 10¢¥
d) 7,5 . 10¢¤ e) 2,3 . 10¢¤
11. (Pucsp) O esquema a seguir apresenta valores de freqüência (f) e comprimento de onda (—) de ondas componentes do trecho visível do espectro letromagnético.
O quociente y/x igual a
a) 5/4 b) 6/7 c) 4/3 d) 7/6 e) 3/2
12. (Ufes) Os morcegos emitem ultra-sons (movimento vibratório, cuja freqüência é superior a 20.000 Hz). Considere-se que o menor comprimento de onda emitido por um morcego é de 3,4 x 10¤ m. Supondo-se que a velocidade do som no ar é de 340 m/s, a freqüência mais alta que um morcego emite é de:
a) 10¥ Hz b) 10¦ Hz c) 10§ Hz
d) 10¨ Hz e) 10© Hz
13. (Ufpi) Uma onda eletromagnética de freqüência igual 300 GHz (3×10¢¢ Hz) pertence àquela parte do espectro eletromagnético correspondente às chamadas microondas. Ondas com essa freqüência têm um comprimento de onda comparável
a) à altura de um ser humano. b) ao diâmetro da moeda de um real. c) à espessura da moeda de um real. d) ao diâmetro de um vírus.
e) ao diâmetro de um átomo.
14. (Ufrs) Entre os gráficos apresentados a seguir, em escalas lineares e unidades arbitrárias, assinale aquele que, pela sua forma, melhor representa a relação entre período (T) e comprimento de onda (—) da luz ao propagar-se no vácuo.
15. (Unesp) Cada figura seguinte representa, num dado instante, o valor (em escala arbitrária) do campo elétrico. E associado a uma onda eletromagnética que se propaga no vácuo ao longo do eixo x, correspondente a uma determinada cor. As cores representadas são violeta, verde e laranja, não necessariamente nesta ordem. Sabe-se que a freqüência da luz violeta é a mais alta dentre as três cores, enquanto a da luz laranja é a mais baixa.
Identifique a alternativa que associa corretamente, na ordem de cima para baixo, cada cor com sua respectiva representação gráfica.
a) laranja, violeta, verde. b) violeta, verde, laranja. c) laranja, verde, violeta. d) violeta, laranja, verde. e) verde, laranja, violeta.
16. (Unifesp) O gráfico mostra a taxa de fotossíntese em função do comprimento de onda da luz incidente sobre uma determinada planta em ambiente terrestre.
Uma cultura dessa planta desenvolver-se-ia mais rapidamente se exposta à luz de freqüência, em terahertz (10¢£ Hz), próxima a
a) 460. b) 530. c) 650.
d) 700. e) 1 380.
17. (Unifesp) O eletrocardiograma é um dos exames mais comuns da prática cardiológica. Criado no início do século XX, é utilizado para analisar o funcionamento do coração em função das correntes elétricas que nele circulam. Uma pena ou caneta registra a atividade elétrica do coração, movimentando-se transversalmente ao movimento de uma fita de papel milimetrado, que se desloca em movimento uniforme com
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velocidade de 25 mm/s. A figura mostra parte de uma fita e um eletrocardiograma.Sabendo-se que a cada pico maior está associada uma contração do coração, a freqüência cardíaca dessa pessoa, em batimentos por minuto, é
a) 60. b) 75. c) 80.
d) 95. e) 100.
18. (Ita) Considere uma sala à noite iluminada apenas por uma lâmpada fluorescente. Assinale a alternativa correta.
a) A iluminação da sala é proveniente do campo magnético gerado pela corrente elétrica que passa na lâmpada.
b) Toda potência da lâmpada é convertida em radiação visível.
c) A iluminação da sala é um fenômeno relacionado a ondas eletromagnéticas originadas da lâmpada.
d) A energia de radiação que ilumina a sala é exatamente igual à energia elétrica consumida pela lâmpada.
e) A iluminação da sala deve-se ao calor dissipado pela lâmpada. 19. (Pucrs) Em 1895, o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen descobriu os raios X, que são usados principalmente na área médica e industrial. Esses raios são
a) radiações formadas por partículas alfa com grande poder de penetração.
b) radiações formadas por elétrons dotados de grandes velocidades. c) ondas eletromagnéticas de freqüências maiores que as das ondas ultravioletas.
d) ondas eletromagnéticas de freqüências menores do que as das ondas luminosas.
e) ondas eletromagnéticas de freqüências iguais às das ondas infravermelhas.
20. (Uel) Uma alternativa para reduzir o consumo de energia elétrica, sem prejudicar o conforto do consumidor, é a troca de lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes. Isto se deve ao fato de que as lâmpadas fluorescentes são chamadas também de lâmpadas frias, emitindo luz com comprimentos de onda específicos na região espectral da luz visível, enquanto que as lâmpadas incandescentes emitem um espectro largo e contínuo, que atinge comprimentos de onda bem acima dos da luz visível. Considerando o exposto, é correto afirmar que as lâmpadas incandescentes consomem mais energia produzindo a mesma quantidade de luz visível que uma fluorescente porque emitem:
a) Muita radiação infravermelha. b) Muita radiação beta. c) Muita radiação azul. d) Muita radiação ultravioleta. e) Muita radiação gama.
21. (Ufpi) "Nos confins do Universo, há objetos celestes que se assemelham a fornalhas colossais... Emitem quantidades assombrosas de energia, na forma de jatos de matéria e radiação - luz, calor, ondas de rádio e raios X - produzindo luminosidades bilhões de vezes mais intensas que a do Sol"
(Revista "Ciência Hoje" 27, número 160, pág. 31).
Com relação aos tipos de radiação mencionados acima é correto afirmar: a) raios X e ondas de rádio têm mesma freqüência.
b) ondas de rádio e luz visível têm a mesma energia. c) raios X têm freqüência maior do que a da luz visível. d) raios X têm energia menor do que a da luz visível. e) ondas de rádio e luz visível têm mesma freqüência.
22. (Ufpr) Com relação a ondas eletromagnéticas, é correto afirmar: (01) Ondas eletromagnéticas podem ser geradas por um circuito elétrico no qual a corrente elétrica varia com o tempo.
(02) A reflexão e a refração só ocorrem com ondas eletromagnéticas para freqüências correspondentes à luz visível.
(04) Os campos elétrico e magnético da luz oscilam perpendicularmente à direção de propagação.
(08) Interferência e difração são fenômenos que ocorrem exclusivamente
com as ondas eletromagnéticas.
(16) O comprimento de onda da luz vermelha na água é maior que o correspondente comprimento de onda no vácuo.
(32) A formação de arco-íris pode ser explicada pela dispersão da luz solar em gotas de água na atmosfera.
Soma ( )
23. (Ufrs) Considere as seguintes afirmações sobre emissão de ondas eletromagnéticas.
I - Ela ocorre na transmissão de sinais pelas antenas das estações de rádio, de televisão e de telefonia.
II - Ela ocorre em corpos cuja temperatura é muito alta, como o Sol, o ferro em estado líquido e os filamentos de lâmpadas incandescentes.
III - Ela ocorre nos corpos que se encontram à temperatura ambiente. Quais estão corretas?
a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e II. d) Apenas II e III. e) I, II e III.
24. (Ufrs) O gráfico a seguir representa as intensidades luminosas relativas de duas linhas do espectro visível emitido por um hipotético elemento químico.
Nesse gráfico, a coluna menor corresponde a um comprimento de onda próprio da luz laranja.
A outra coluna do gráfico corresponde a um comprimento de onda próprio da luz
a) violeta. b) vermelha. c) verde. d) azul. e) amarela.
25. (Unesp) Isaac Newton demonstrou, mesmo sem considerar o modelo ondulatório, que a luz do Sol, que vemos branca, é o resultado da composição adequada das diferentes cores. Considerando hoje o caráter ondulatório da luz, podemos assegurar que ondas de luz correspondentes às diferentes cores terão sempre, no vácuo,
a) o mesmo comprimento de onda. b) a mesma freqüência.
c) o mesmo período. d) a mesma amplitude. e) a mesma velocidade.
26. (Unifesp) Quando adaptado à claridade, o olho humano é mais sensível a certas cores de luz do que a outras. Na figura, é apresentado um gráfico da sensibilidade relativa do olho em função dos comprimentos de onda do espectro visível, dados em nm (1,0 nm = 10ª m).
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Considerando as cores correspondentes aos intervalos de freqüências a seguirVioleta - freqüência (hertz) 6,9 x 10¢¥ a 7,5 x 10¢¥ Azul - freqüência (hertz) 5,7 x 10¢¥ a 6,9 x 10¢¥ Verde - freqüência (hertz) 5,3 x 10¢¥ a 5,7 x 10¢¥ Amarelo - freqüência (hertz) 5,1 x 10¢¥ a 5,3 x 10¢¥ Laranja - freqüência (hertz) 4,8 x 10¢¥ a 5,1 x 10¢¥ Vermelho - freqüência (hertz) 4,3 x 10¢¥ a 4,8 x 10¢¥
assim como o valor de 3,0 x 10© m/s para a velocidade da luz e as informações apresentadas no gráfico, pode-se afirmar que a cor à qual o olho humano é mais sensível é o
a) violeta. b) vermelho. c) azul.
d) verde. e) amarelo.
27. (Ufscar) Quando se olha a luz branca de uma lâmpada incandescente ou fluorescente, refletida por um CD, pode-se ver o espectro contínuo de cores que compõem essa luz. Esse efeito ocorre nos CDs devido à a) difração dos raios refratados nos sulcos do CD, que funcionam como uma rede de interferência.
b) polarização dos raios refletidos nos sulcos do CD, que funcionam como um polarizador.
c) reflexão dos raios refratados nos sulcos do CD, que funcionam como um prisma.
d) interferência dos raios refletidos nos sulcos do CD, que funcionam como uma rede de difração.
e) refração dos raios refletidos nos sulcos do CD, que funcionam como uma rede de prismas.
28. (Ufc) No início do século XX, novas teorias provocaram uma surpreendente revolução conceitual na Física. Um exemplo interessante dessas novas idéias está associado às teorias sobre a estrutura da matéria, mais especificamente àquelas que descrevem a estrutura dos átomos. Dois modelos atômicos propostos nos primeiros anos do século XX foram o de Thomson e o de Rutherford. Sobre esses modelos, assinale a alternativa correta.
a) No modelo de Thomson, os elétrons estão localizados em uma pequena região central do átomo, denominada núcleo, e estão cercados por uma carga positiva, de igual intensidade, que está distribuída em torno do núcleo.
b) No modelo de Rutherford, os elétrons são localizados em uma pequena região central do átomo e estão cercados por uma carga positiva, de igual intensidade, que está distribuída em torno do núcleo.
c) No modelo de Thomson, a carga positiva do átomo encontra-se uniformemente distribuída em um volume esférico, ao passo que os elétrons estão localizados na superfície da esfera de carga positiva. d) No modelo de Rutherford, os elétrons movem-se em torno da carga positiva, que está localizada em uma pequena região central do átomo, denominada núcleo.
e) O modelo de Thomson e o modelo de Rutherford consideram a quantização da energia.
29. (Ufrn) A natureza do processo de geração da luz é um fenômeno essencialmente quântico. De todo o espectro das ondas eletromagnéticas, sabemos que a luz vísivel é a parte desse espectro detectada pelo olho humano. No cotidiano vemos muitas fontes de luz BRANCA, como o Sol e as lâmpadas incandescentes que temos em casa. Já uma luz VERMELHA monocromática - por exemplo, de um laser - temos menos oportunidade de ver. Esse tipo de luz laser pode ser observada tanto em consultório de dentistas quanto em leituras de códigos de barras nos bancos e supermercados. Nos exemplos citados, envolvendo luz branca e luz vermelha, muitos átomos participam do processo de geração de luz. Com base na compreensão dos processos de geração de luz, podemos dizer que a
a) luz vermelha monocromática é gerada pelo decaimento simultâneo de
vários elétrons entre um mesmo par de níveis atômicos.
b) luz branca é gerada pelo decaimento simultâneo de vários elétrons entre um mesmo par de níveis atômicos.
c) luz vermelha monocromática é gerada pelo decaimento simultâneo de vários elétrons entre vários pares de níveis atômicos.
d) luz branca é gerada pelo decaimento sucessivo de um elétron entre vários pares de níveis atômicos.
30. (Ufrs) O decaimento de um átomo, de um nível de energia excitado para um nível de energia mais baixo, ocorre com a emissão simultânea de radiação eletromagnética.
A esse respeito, considere as seguintes afirmações.
I - A intensidade da radiação emitida é diretamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial e final envolvidos.
II - A freqüência da radiação emitida é diretamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial e final envolvidos.
III - O comprimento de onda da radiação emitida é inversamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial e final envolvidos.
Quais estão corretas?
a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III.
RESPOSTAS 1. a) —(Z) = 4.840 Angstron b) —(W) = 6.575 Angstron 2. [A] 3. [E] 4. [A] 5. [D] 6. [D] 7. [E] 8. [B] 9. [C] 10. [A] 11. [D] 12. [B] 13. [C] 14. [B] 15. [A] 16. [C] 17. [B] 18. [C] 19. [C] 20. [A] 21. [C] 22. 01 + 04 + 32 = 37 23. [E] 24. [B] 25. [E] 26. [D] 27. [D] 28. [D] 29. [A] 30. [D]
