Trabalho de Física Moderna-2022 1

FSC 5114 – 2022-1 Trabalho de Física Moderna 1. Relatividade Restrita (5,0) Duas lâmpadas, uma vermelha e outra azul, estão separadas pela distância Δx = 1200 m no referencial S, estando a lâmpada vermelha mais distante da origem. A lâmpada azul emite um pulso de luz 1 μs antes da lâmpada vermelha. Considere nas questões a seguir um astronauta numa nave que se move com velocidade constante 0,97c no sentido positivo de x. (a) Monte um diagrama esquemático contendo os dois referenciais inerciais, e escreva as Transformações de Lorentz (1,0) (b) Qual é a distância entre as lâmpadas no referencial da nave? (2,0) (c) Qual é o intervalo de tempo entre os pulsos de luz no referencial da nave? Qual lâmpada acende primeiro? (2,0) 2. Efeito fotoelétrico (2,5) (a) Conceitualmente, explique quais são as questões que não puderam ser respondidas pela visão clássica, que Einstein respondeu com sua teoria, e quais as principais diferenças entre elas? (0,5) (b) A equação para a conservação da energia durante o processo fotoelétrico, segundo Einstein, é dada por: ℎf = eVstop+ . Reorganize esta equação, utilize a tabela abaixo, obtida para um alvo de tungstênio, e faça a regressão linear com uma calculadora ou com um aplicativo gráfico (Excel, SciDaVis, etc). Apresente: b1) a equação da melhor reta que você usou para ajustar os dados da tabela; b2) utilizando a melhor reta, estime o valor da constante de Planck h ; b3) utilizando a melhor reta, estime o valor da função trabalho  do tungstênio (em eV) (1,0); (não vale usar o valor tabelado das referências para estes parâmetros!) c) O que ocorre caso a frequência do fóton incidente seja inferior à frequência de corte f0 (0,5)? 3. Espalhamento Compton (2,5) No experimento de Compton, um feixe de raios-X incide sobre um alvo de carbono. O comprimento de onda da OEM espalhada é detectado em vários ângulos  a partir da direção do feixe incidente. (a) Explique conceitualmente o que é o deslocamento de Compton e porque não poderia ser explicado classicamente. (1,0) (b) Suponha a colisão entre fótons do feixe e um elétron do alvo, inicialmente em repouso. (b1) faça 2 diagramas esquemáticos, antes e após a colisão entre o fóton e o elétron (0,5) (b2) com a ajuda do diagrama acima, apresente as 3 equações que podem ser obtidas para conservação da energia total e conservação do momento linear total do sistema fóton + elétron, explicando a origem de cada item (1,0)