FMJ 2021 — questão 60 de Física

Enunciado em texto
A tomografia por emissão de pósitrons é um exame da medicina nuclear que utiliza elementos radioativos que decaem por emissão de pósitrons, que são antipartículas do elétron. Após ser emitido, o pósitron encontra um elétron das células do paciente, ocorre a aniquilação de ambos e criam-se dois fótons de radiação gama. O equipamento detecta essa radiação e constrói a imagem da região do interior do corpo do paciente.
De acordo com a Teoria da Relatividade, a relação entre massa (m) e energia (E) é dada pela expressão E = mc², sendo c a velocidade da luz no vácuo igual a m/s. Considerando-se a massa do elétron igual a kg, a quantidade de energia associada a cada fóton da radiação gama resultante da aniquilação de um par elétron-pósitron é
(A) J.
(B) J.
(C) J.
(D) J.
(E) J.
(Enunciado: Vestibular FMJ 2021, Medicina, Prova II — FMJ/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Jundiaí (FMJ) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a energia de um dos dois fótons gama produzidos quando um elétron e um pósitron se aniquilam.
Passo 1 — quanta massa vira energia. O pósitron é a antipartícula do elétron: tem a mesma massa e carga oposta. Na aniquilação, as duas massas desaparecem e viram energia (desprezando a energia cinética das partículas, que é pequena perto dessa):
Passo 2 — dividir entre os dois fótons. Os dois fótons saem em sentidos opostos com a mesma energia (é o que conserva a quantidade de movimento de um par praticamente parado). Cada um leva metade:
Passo 3 — a conta:
⚠️ A armadilha: calcular a energia do par inteiro, J (alternativa B), e esquecer que ela se divide entre os dois fótons. Outra é esquecer de elevar c ao quadrado: , que nem é alternativa. E a C () só lembra o valor da carga elementar, que não entra aqui.
A ideia em uma frase: na aniquilação, a massa do par (2m) vira a energia de dois fótons iguais, então cada fóton leva mc² = 8,1 × 10⁻¹⁴ J.
Resposta: alternativa D ( J).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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