FUVEST 2026 (2ª fase) — questão 2 de Física

Enunciado em texto
Um dos decaimentos radioativos mais relevantes é o decaimento alfa (α), em que um núcleo pesado, como Polônio 210 ou Urânio 235, decai emitindo uma partícula α, que é essencialmente um núcleo de Hélio formado por 2 prótons e 2 nêutrons. Como são partículas eletricamente carregadas, as partículas α podem ser aceleradas/desaceleradas por campos elétricos e/ou magnéticos. Por conta disso, embora sejam emitidas com energias da ordem de MeV, as partículas α perdem (transferem) grande parte dessa energia ao interagir com moléculas e átomos, seja no ar ou em tecidos biológicos.
Nos itens a seguir, considere uma partícula α que foi emitida com energia cinética inicial de 5,30 MeV.
a) Se a partícula α perde energia a uma taxa de 100 keV/μm ao penetrar um tecido biológico como a pele, ela conseguiria atravessar a epiderme, que tem espessura de 0,1 mm? Justifique a sua resposta.
Considere uma situação em que a partícula α está se movendo sob a ação de um campo elétrico uniforme na mesma direção e em sentido oposto à sua velocidade, conforme mostra a figura:
(Figura: linhas de campo horizontais e paralelas, com setas apontando para a esquerda, indicadas por ; a partícula α, entre elas, tem velocidade apontando para a direita.)
b) Se o campo elétrico tem módulo de V/m, determine a magnitude da força elétrica que atua sobre a partícula α.
c) Qual a magnitude do campo elétrico necessária para que a partícula α perca 1% de sua energia cinética inicial após percorrer 10 cm sob a ação desse campo?
Note e adote: Carga do próton: C. 1 eV J
(Enunciado e figura: Vestibular FUVEST 2026, 2ª fase — Fuvest/USP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à FUVEST.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) se a partícula α atravessa 0,1 mm de epiderme; (b) a força elétrica que o campo faz nela; (c) o campo que tira 1% da energia em 10 cm.
Item (a) — quanta energia a epiderme exige. A espessura é 0,1 mm μm. Perdendo 100 keV a cada micrômetro, atravessá-la custaria:
Como a partícula só tem 5,30 MeV, não, ela não atravessa a epiderme.
Item (a) — outro jeito (também no guia oficial): calcular até onde ela chega. Com 5300 keV, perdendo 100 keV/μm, ela para depois de μm mm, pouco mais da metade da espessura da epiderme. (É por isso que a radiação alfa externa é barrada pela pele.)
Item (b) — a carga da partícula α. Ela tem 2 prótons, então C. A força num campo uniforme é:
Como a carga é positiva, a força tem o sentido do campo, isto é, contrário à velocidade: ela freia a partícula.
Item (c) — trabalho do campo = energia perdida. 1% de 5,30 MeV é 0,053 MeV eV. Essa perda é o trabalho (resistente) da força elétrica ao longo de cm m:
Trabalhar em elétron-volts simplifica muito: uma carga que atravessa uma diferença de potencial ganha ou perde elétron-volts. Então:
Conferindo em joules: J e V/m.
⚠️ A armadilha: usar a carga de um só próton. A partícula α tem dois prótons: com C a força do item (b) sairia pela metade ( N) e o campo do item (c) sairia o dobro ( V/m).
A ideia em uma frase: a partícula α tem carga 2e: a força é 2eE e o trabalho do campo, 2eEd, é a energia que ela perde.
Resposta: (a) não: atravessar 100 μm exigiria 10 MeV, mais que os 5,30 MeV (ela para em 53 μm = 0,053 mm); (b) N; (c) V/m.
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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