Questão 24 da FUVEST 2024
“Os experimentos de difração e interferência da luz realizados no período de 1800 a 1803, em analogia com os processos de interferência das ondas acústicas, corroboraram a natureza ondulatória da luz. Por outro lado, Einstein introduziu, em 1905, o conceito de fóton, em que cada componente monocromática de frequência f da radiação seria equivalente a um sistema de partículas idênticas sem massa, cada qual com energia hf, sendo h\backsimeq 6{,}626\times 10^{-34}\text{ J.s} a constante de Planck. A hipótese da existência de fótons só teve ampla aceitação após os experimentos de Compton, em 1922, sobre o espalhamento da radiação eletromagnética na faixa dos raios X por alvos de elementos leves, como o grafite.”
Adaptado de F. Caruso e V. Oguri, Sobre a necessidade do conceito de fóton, RBEF 43, e20210011 (2021).
De acordo com o texto e seus conhecimentos, é correto afirmar:
- AA radiação eletromagnética apresenta somente comportamento ondulatório.
- BOs experimentos de Compton mostraram que feixes de raios X exibem comportamento corpuscular.
- CA energia de um fóton independe de seu comprimento de onda.
- DA hipótese da natureza corpuscular da radiação está em desacordo com os resultados experimentais.
- EEinstein demonstrou que os experimentos de difração e interferência da luz deveriam estar incorretos.
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Resolução comentada
A questão trata da dualidade onda-partícula da luz: a radiação eletromagnética mostra comportamento ondulatório em alguns experimentos e corpuscular em outros.
O texto traz os dois lados:
- Difração e interferência (1800-1803) só se explicam com ondas. Isso mostra o comportamento ondulatório.
- Einstein (1905) propôs o fóton, uma partícula sem massa com energia E = hf. Como f = c/\lambda, a energia vale E = hc/\lambda, isto é, depende do comprimento de onda.
- Compton (1922) estudou o espalhamento de raios X em alvos leves, como o grafite. O resultado só se explica tratando o raio X como fótons que colidem com elétrons, trocando energia e momento. Isso deu ampla aceitação à hipótese do fóton.
Assim, os experimentos de Compton evidenciaram o comportamento corpuscular dos raios X. Essa conclusão não anula o caráter ondulatório: os dois modelos se complementam.
Conferindo as demais: (A) ignora o caráter corpuscular; (C) contradiz E = hf; (D) e (E) contradizem o texto, pois a hipótese do fóton foi confirmada e não invalidou a difração e a interferência.
Alternativa B.
Por que as outras alternativas estão erradas
- Adiz que a radiação é somente onda, mas o efeito Compton e o fóton mostram também o comportamento de partícula.
- Ca energia E = hf = hc/\lambda depende do comprimento de onda.
- Da hipótese corpuscular foi confirmada pelos experimentos de Compton, não contrariada.
- EEinstein não refutou a difração e a interferência; a luz tem natureza dual.
Assuntos: dualidade onda-partícula, fóton, efeito Compton.
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