Questões de Física

    Ao ser modelado como uma partícula com certa velocidade no referencial inercial, um telescópio pode ser posicionado de modo a permanecer estacionário em outro referencial em movimento de rotação. Em tais posições, o telescópio sofre ação de forças gravitacionais exercidas pelo Sol e pela Terra e descreve uma órbita kepleriana. Como estará estacionado no referencial em rotação, o telescópio deve estar a uma distância fixa do centro de massa do sistema Sol-Terra. Considerando-se que o telescópio se mova em uma trajetória circular, ele estará também sob a ação de uma força centrípeta. No balanceamento de força sobre o telescópio, observa-se que o sistema tem um ponto de equilíbrio no vértice de um triângulo equilátero, cuja base é formada pela linha que une as massas do Sol e da Terra. Por simetria, existe outro ponto de equilíbrio abaixo dessa mesma linha, sobre o vértice de um triângulo equilátero. Esses pontos estacionários são identificados por e na figura I a seguir; além destes, existem outros três pontos de equilíbrio, localizados sobre a linha que une as três massas, identificados por e na figura I. A distância entre os centros do Sol e da Terra é designada por r e a distância entre a Terra e os pontos e , por , conforme a figura .

Com base nessas informações, e assumindo que as massas do Sol, da Terra e do telescópio sejam iguais, respectivamente, a M, m e m_t e que nenhuma força externa atue sobre o sistema de três corpos, julgue o item

Assinale a opção que corresponde ao módulo da força resultante sobre o telescópio nas posições  e , considerando que  que  e  denotem, respectivamente, as intensidades das forças gravitacionais do Sol e da Terra sobre o telescópio.

    Para determinado modelo de equilíbrio termodinâmico, as trocas de calor devido à radiação solar absorvida e à radiação emitida pela Terra estão em equilíbrio térmico em cada instante de tempo. Nesse modelo, a potência de radiação emitida por unidade de área  é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann para corpos negros ideais, corrigida por uma emissividade  (ressalte-se que, no caso de um corpo negro ideal, a emissividade é . No sistema de unidades internacional  em que  é a temperatura da Terra, em Kelvin,  e a emissividade depende das propriedades de absorção de ondas eletromagnéticas dos materiais que constituem a superfície e a atmosfera terrestre.

    A potência de radiação solar absorvida por unidade de área  é a diferença entre a potência da radiação incidente  e a radiação refletida  (efeito albedo). A quantidade de radiação refletida dependerá naturalmente das propriedades de reflexão das ondas eletromagnéticas incidentes nos materiais que constituem a superfície e a atmosfera terrestre.

    Se o Sol e a Terra forem considerados pontos materiais, é possível mostrar, utilizando-se as leis de Newton e a lei da gravitação universal, que o movimento da Terra em relação ao Sol é planar, descrito por elipses, tal que o Sol está em um de seus focos. Entretanto, o Sol e a Terra não são pontos, e sim objetos materiais ocupando certo volume, determinando um torque que faz o momento angular de rotação da Terra em torno de si mesma não ser conservado, o que implica uma cinemática complexa para o seu movimento.

    Em síntese, além do movimento de translação em torno do Sol, a Terra gira em torno de um eixo que liga os seus dois polos (eixo polar), o qual forma um ângulo  (ângulo de nutação) com o eixo-z perpendicular ao plano de movimento do sistema Sol-Terra, conforme figura a seguir. Por sua vez, o eixo polar gira em torno do eixo-z, em um movimento denominado precessão. Esses três movimentos — translação, nutação e precessão — determinam a configuração geométrica da Terra em relação ao Sol e, consequentemente, a quantidade de radiação solar incidente sobre as partes da Terra em cada instante de tempo.

Com base no modelo de equilíbrio termodinâmico descrito no texto precedente e na figura apresentada, assinale a opção correta no seguinte item, que é do tipo C.

 

Assinale a opção em que é representada a emissividade da Terra, na situação em que a sua temperatura seja de , quando considerada como um corpo negro ideal, e a sua temperatura de fato seja maior que esse valor. Assuma que a temperatura do zero absoluto seja

O efeito fotoelétrico é um fenômeno em que a luz incidente sobre um material, como uma fotocélula ou uma superfície metálica, provoca a emissão de elétrons desse material. Esse efeito foi descoberto e estudado no início do século XX e desempenhou um papel crucial no desenvolvimento da teoria quântica. Albert Einstein foi um dos cientistas que contribuíram significativamente para a compreensão desse efeito ao propor que a luz pode ser entendida como partículas discretas de energia, chamadas de fótons.

 

Sobre o efeito fotoelétrico, é correto afirmar que:

Um corpo de massa m oscila num campo gravitacional g uniforme, e está preso a uma mola, de constate elástica K. A massa m, que tem presa no ponto O de sua superfície uma corda de comprimento L, oscila ao longo do eixo Y, conforme a figura abaixo. Na outra extremidade da corda está pendurado a um corpo de massa M.

Sobre a velocidade de propagação de onda na corda, é CORRETO afirmar que ela vale:

Ao redor de uma carga elétrica Q, localizada no ponto (0, R/2), existe uma casca metálica aterrada de raio R e com centro localizado na origem do sistema de coordenadas, conforme ilustrado na figura.
A respeito dessa situação física, são feitas as seguintes afirmações.

I. O campo elétrico no exterior da casca metálica é nulo.
III. A carga elétrica induzida na casca metálica é igual a -Q.
IIIII. O campo elétrico no ponto (0,3R/4) é mais intenso do que o campo elétrico no ponto (0, R/4).

Assinale a alternativa que contém todas as afirmações corretas com respeito ao sistema descrito.

Considere que no experimento de Young da dupla fenda, uma lente, composta de um material com índice de refração no formato de um semicírculo de raio R, é colocada na saída de uma das fendas, conforme mostra a figura.

Sabendo que o comprimento de onda λ é maior que R e que a distância entre o anteparo e as fendas, L, é muito maior do que λ, assinale a alternativa que corresponde à expressão da posição x_m do m-ésimo pico do padrão de interferência acima do máximo central.