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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 50 (1º semestre) da UFG 2012

1º semestre · Física: Física quântica: fóton e efeito fotoelétrico

A experiência da dupla fenda realizada por Akira Tonomura, em 1989, consiste em lançar elétrons sobre um anteparo que contém duas fendas e coletar em uma tela as partículas transmitidas, conforme ilustrado a seguir.

Esquema ilustrativo do experimento da dupla fenda, mostrando a fonte emissora, a trajetória do elétron, o anteparo com duas fendas e a tela ao fundo com franjas de interferência

Nesse experimento, a fonte emite um elétron por vez. A evolução temporal da imagem formada está ilustrada nas figuras (a), (b), (c) e (d).

Quatro fotografias em sequência temporal rotuladas de a a d, mostrando o acúmulo gradual de pontos na tela até formar faixas claras e escuras de interferência

Disponível em: <http://www.hitachi.com/rd/research/em/doubleslit.html>.
Acesso em: 23 set. 2011.

O fenômeno físico constatado na imagem final (d) e a teoria que descreve o comportamento dos elétrons são, respectivamente,

  1. A
    refração e quantização de Bohr.
  2. B
    refração e quantização de Planck.
  3. C
    ondulatório e quantização de Planck.
  4. D
    ondulatório e dualidade onda-partícula.
  5. E
    propagação retilínea e dualidade onda-partícula.
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Resolução comentada

Cada elétron chega à tela como um ponto isolado, o que é comportamento de partícula (figuras a e b). Com o acúmulo de milhares de elétrons, os pontos se distribuem em faixas claras e escuras alternadas na figura (d).

Esse padrão de faixas é o de interferência, típico de ondas que passam pelas duas fendas e se superpõem: onde há interferência construtiva chegam muitos elétrons (faixa clara) e onde é destrutiva chegam poucos (faixa escura). Como a fonte emite um elétron por vez, a interferência não vem da interação entre elétrons; cada elétron interfere consigo mesmo. Logo, o fenômeno constatado é o ondulatório.

A teoria que explica um objeto que se detecta como partícula, mas se propaga e interfere como onda, é a dualidade onda-partícula (de Broglie).

Eliminando as outras opções:

  1. Refração é mudança de velocidade e direção ao trocar de meio, e não há isso aqui.
  2. Propagação retilínea não produziria faixas, apenas duas regiões atrás das fendas.
  3. A quantização de Planck trata da energia emitida em quanta (radiação de corpo negro), e a de Bohr trata dos níveis de energia do átomo; nenhuma explica a interferência de elétrons.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ARefração não ocorre aqui, e a quantização de Bohr trata dos níveis de energia do átomo, não da interferência.
  • BO fenômeno não é refração, e a quantização de Planck trata da energia emitida em pacotes, não do comportamento ondulatório do elétron.
  • CO fenômeno ondulatório está certo, mas a quantização de Planck não descreve o caráter de onda e partícula do elétron.
  • EPropagação retilínea não gera franjas de interferência; só a segunda parte (dualidade) está correta.

Assuntos: Física quântica: fóton e efeito fotoelétrico, Fenômenos ondulatórios: interferência, difração e polarização.

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Ver como caiu na prova Questão 50 no caderno 1ª etapa da UFG 2012

Fonte: UFG 2012 · 1º semestre · 1ª etapa. Prova oficial ↗