Lista Física 4 2019-2

Todas as questões foram retiradas do Responde Aí, onde se tem todas as resoluções também. 2020.2 1) 2) 3) 1) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 1 O campo elétrico de uma onda eletromagnética plana e monocromática que se propaga no vácuo é descrito por \( \vec{\mathbf{E}}\left(\vec{r}, t\right) = E_0 \hat{x} \sen\left(kz - \omega t\right) + E_0 \hat{y} \cos(kz - \omega t), \) onde \( k, \omega e E_0 \) são constantes positivas. Em função dos dados do enunciado e de constantes fundamentais, calcule o que se pede, justificando os cálculos. a) Determine o comprimento de onda, o período de oscilação e a direção e o sentido de propagação dessa onda. b) Determine a polarização da onda. c) Determine o vetor campo magnético (módulo, direção e sentido) dessa onda eletromagnética. 2) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 2 Considere as sentenças a seguir sobre uma onda eletromagnética plana, linearmente polarizada e monocromática que se propaga no vácuo. Nessa situação, pode-se afirmar que a) o vetor de Poynting \( \vec{\mathbf{S}}\left(\vec{r}, t\right) \) é PARALELO ao vetor número de onda \( \vec{k} \) da onda eletromagnética. b) o módulo do vetor de Poynting é IGUAL à densidade de energia eletromagnética da onda. c) o vetor campo elétrico é PARALELO ao vetor campo magnético. d) a densidade de momento linear da onda é NULA em todos os pontos do espaço-tempo. 3) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 3 Uma “cavidade linear” no vácuo é definida por duas paredes planas, paralelas e de material condutor ideal situadas em planos paralelos a \( yz \) e posicionados em \( x = 0 \ \text{cm} \ e \ x = 10 \ \text{cm}, \) respectivamente. Sabendo que uma onda eletromagnética é excitada dentro da cavidade no primeiro modo normal de oscilação, o campo elétrico dessa onda pode ser dado por: a) \( \vec{\mathbf{E}}\left(\vec{r}, t\right) = \left(-1 \frac{V}{m}\right) \hat{y} \sen\left(\frac{\pi x}{10 \ \text{cm}}\right) \cos\left(\frac{\pi ct}{10 \ \text{rad} \cdot \text{cm}}\right) . \) b) \( \vec{\mathbf{E}}\left(\vec{r}, t\right) = \left(2 \frac{V}{m}\right) \hat{z} \sen\left(\frac{2\pi x}{10 \ \text{cm}}\right) \cos\left(\frac{2\pi ct}{10 \ \text{rad} \cdot \text{cm}}\right) . \) c) \( \vec{\mathbf{E}}\left(\vec{r}, t\right) = \left(1 \frac{V}{m}\right) \hat{y} \sen\left(\frac{\pi x}{10 \ \text{cm}}\right) \cos\left(\frac{\pi ct}{10 \ \text{rad} \cdot \text{cm}}\right) . \) d) \( \vec{\mathbf{E}}\left(\vec{r}, t\right) = \left(-2 \frac{V}{m}\right) \hat{y} \cos\left(\frac{2\pi x}{10 \ \text{cm}}\right) \sen\left(\frac{2\pi ct}{10 \ \text{rad} \cdot \text{cm}}\right) . \) 4) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 4 Um feixe de luz monocromático se propaga em dois meios materiais de índice de refração n1 e n2 com velocidades v1 e v2, respectivamente. Se a velocidade de propagação no primeiro meio material é maior que a velocidade de propagação no segundo meio, ou seja, v1 > v2, pode-se concluir que a relação válida entre os índices de refração é a) n2 > n1. b) n2 = n1. c) n1 > c/v2. d) n2 < c/v1. 5) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 5 Películas de Fluoreto de Magnésio (MgF2) são empregadas para diminuir a quantidade de luz refletida em lentes e materiais, no espectro visível. O índice de refração desse material vale, aproximadamente, n = 7/5. Se a amplitude do campo elétrico de uma onda eletromagnética que está no interior de MgF2 vale 3 V/m, estime a amplitude do campo magnético dessa onda. a) B = 1,4 ⋅ 10⁻⁸ T. b) B = 1,0 ⋅ 10⁻⁸ T. c) B = 0,7 ⋅ 10⁻⁸ T. d) B = 3,5 ⋅ 10⁻⁸ T. 6) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 6 Uma onda eletromagnética possui quantidade de momento linear e energia, que são transportadas pela onda. Algumas ideias existem para usar as ondas eletromagnéticas como propulsoras de naves em viagens espaciais no vácuo. Estime a intensidade que uma onda eletromagnética plana monocromática deve ter para gerar, em incidência normal, uma pressão de radiação média de 10⁻³ Pa em uma superfície negra (absorvedora) ideal. a) I = 3,0 ⋅ 10⁵ W/m². b) I = 1,5 ⋅ 10⁵ W/m². c) I = 6,0 ⋅ 10⁵ W/m². d) I = 2,0 ⋅ 10⁵ W/m². 13) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 13 Duas estações de rádio estão distantes de um receptor pelas distâncias R_1 = 5 km e R_2 = 10 km, respectivamente. Se as ondas eletromagnéticas são coerentes e emitidas em fase uma com a outra, determine os comprimentos de onda para os quais a intensidade no receptor seja máxima. a) λ_n = (5 km)/n, para n = 1, 2, 3, . . . b) λ_n = n ⋅ (5 km), para n = 1, 2, 3, . . . c) λ_n = (2,5 km)/(n + 1/2), para n = 0, 1, 2, . . . d) λ_n = (n + 1/2) ⋅ (2,5 km), para n = 0, 1, 2, . . . 2019.1 1) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 1 Considere as sentenças a seguir sobre ondas eletromagnéticas: I) a direção e o sentido do vetor de Poynting coincide com a direção e o sentido de propagação de uma onda eletromagnética progressiva e monocromática; II) a unidade física do vetor de Poynting (W/m^2) coincide com a unidade física de pressão de radiação (N/m^2); e III) a intensidade de uma onda eletromagnética plana e monocromática é proporcional ao quadrado da amplitude do campo elétrico da onda. Marque a opção correta (a) apenas I é verdadeira. (b) apenas II é verdadeira. (c) apenas I e III são verdadeiras. (d) apenas III é verdadeira. (e) apenas I e II são verdadeiras. (f) apenas II e III são verdadeiras. (g) todas são verdadeiras. 2) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 2 Considere os campos elétrico e magnético de uma onda estacionária dentro de uma cavidade de paredes condutoras ideais. Nessa situação, pode-se afirmar que: (a) os campos elétrico e magnético oscilam com o mesmo comprimento de onda, mas com frequências diferentes. (b) os campos elétrico e magnético são paralelos entre si. (c) o campo magnético é nulo nas paredes da cavidade (d) os campos elétrico e magnético não estão em fase. (e) a onda estacionária dentro da cavidade não possui energia eletromagnética. 3) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 3 Considere as informações sobre o vetor densidade de deslocamento, introduzida por J. C. Maxwell nas equações do eletromagnetismo. A sentença correta é: (a) sua unidade física é A/m^2 (Ampere por metro quadrado). (b) é diferente de zero apenas em locais onde o campo elétrico é constante no tempo. (c) é constituída por monopolos magnéticos em movimento. (d) é proporcional ao fluxo do campo magnético sobre uma superfície fechada 4) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 4 Os valores experimentais da permissividade elétrica e permeabilidade magnética de um dado material valem ε = 3ε_0/2 e μ = 2μ_0, respectivamente. Determine a velocidade de propagação de um feixe de luz no material. (a) \sqrt{3}c/6 (b) 6/5 c (c) \sqrt{3}c/3 (d) \sqrt{3}c/2 (e) c 5) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 5 A intensidade da luz solar ao chegar em nosso planeta Terra vale 1,0kW/m^2 aproximadamente. Supondo que essa intensidade é a de uma onda plana, monocromática, e linearmente polarizada, determine a potência média de irradiação solar se a distância média Sol-Terra vale 1,5 × 10^{11}m aproximadamente. (a)9π × 10^{25}W (b)9π × 10^{20}W (c)3π × 10^{25}W (d)3π × 10^{20}W (e)6π × 10^{20}W 6) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 6 Um feixe de luz plano, monocromático e linearmente polarizado de intensidade 2W/m^2 ilumina totalmente um espelho de área de 3,0m^2. Na incidência normal, determine a força média realizada pelo feixe de luz no espelho. (a) 8,0 × 10^{−8}N (b) 2,0 × 10^{−8}N (c) 4,0 × 10^{−8}N (d) 0,0N 7) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 7 Considere as sentenças a seguir sobre a reflexão e refração da luz com dois meios materiais diferentes: I) os comprimentos de onda dos raios incidente, refletido e refratado são idênticos; II) o módulo da velocidade de propagação dos raios incidente, refletido e refratado são idênticos; e III) as frequências dos raios incidente, refletido e refratado são idênticas. Marque a opção correta (a) nenhuma é verdadeira. (b) apenas I é verdadeira. (c) apenas I e III são verdadeiras. (d) apenas II é verdadeira. (e) apenas I e II são verdadeiras. (f) apenas III é verdadeira. (g) apenas II e III são verdadeiras. 8) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 8 Um feixe de luz parte de um meio material de índice de refração n e incide na interface plana entre o material e o ar (nar = 1), dando origem ao raio refletido apenas. Se o ângulo de incidência é 60° com a normal, a relação válida é. (a) 2√3/3 ≤ n (b) n < 2√3/3 (c) 6/3 < n (d) √3 < n (e) n < √3 9) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 9 A luz emitida pelo sol é não polarizada. Na praia, para que o raio de luz solar refletido na interface ar-água (nar = 1 e nagua = 4/3) seja linearmente polarizado, o ângulo de incidência θi deve obedecer (a) θi = arctan(3/4) (b) θi < arcsen(3/4) (c) θi > arcsen(3/4) (d) θi = arctan(4/3) (e) o raio refletido é sempre não polarizado 10) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 10 Considere as sentenças a seguir sobre o experimento da dupla fenda de Young e marque a opção correta: (a) ao se aumentar o comprimento de onda do feixe incidente, aumenta-se a distância entre as franjas claras da interferência. (b) ao se diminuir a distância entre as duas fendas, diminui-se a distância entre as franjas escuras da interferência. (c) a intensidade do máximo central é igual à soma das intensidades dos feixes que saem de cada fenda. (d) a franja central é sempre escura. 11) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 11 Em um experimento de Young, duas fendas paralelas com 6,0mm de distância uma da outra são iluminadas coerentemente com luz verde de 500nm de comprimento. Desprezando os efeitos da difração, estime o número total de franjas brilhantes presentes em todo o anteparo de observação. (a) 12.000. (b) 24.000. (c) +∞. (d) 240. (e) 120. 12) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão 12 Um feixe de laser com comprimento de onda de 500nm é colimado por uma fenda retangular de largura de 1,0mm. Considerando os efeitos da difração por uma fenda retangular, determine a largura do feixe ao atingir a Lua. Considere R = 4 x 10⁵km a distância média entre a Terra e a Lua. (a) 200km. (b) 400m. (c) 400km. (d) 200m. (e) 1,00mm Discursiva 1) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.1, Questão D1 Considere uma onda eletromagnética plana, monocromática e linearmente polarizada cujo campo magnético é dado pela expressão: B⃗ (r⃗,t) = (5Tâ) sen [ (2πrad) ( y/5 x 10−7m − t/5 x 10−15s ) ] . Em função dos dados do enunciado, calcule o que se pede. Substitua os valores de todas as constantes fundamentais na resposta final de cada item. (a) Determine o comprimento de onda, o período de oscilação, a direção e o sentido de propagação da onda eletromagnética. (b) Determine o módulo da velocidade de propagação da onda. (c) Determine o vetor campo elétrico (módulo, direção e sentido) dessa onda eletromagnética. 12) UFRJ, Física 4, P1 - 2019.2, Questão 12 Em um experimento de difração por uma fenda simples, ao se aumentar a largura a da fenda, pode-se afirmar que a) a largura da faixa brilhante diminui. b) as distâncias entre faixas escuras consecutivas aumentam. c) o comprimento de onda da radiação que passa pela fenda aumenta. d) a intensidade da radiação que passa pela abertura diminui.