UFJF 2023 (PISM, Módulo III) — questão 4 de Física
Enunciado em texto
A Física moderna surgiu entre o final do século 19 e início do século 20. Novas teorias foram elaboradas para explicar fenômenos que eram observados nos laboratórios de pesquisa da época e que intrigavam os cientistas por não encontrarem na Física Clássica teorias que fossem capazes de explicar fenômenos como, por exemplo, o efeito fotoelétrico. Com relação a esse efeito, avalie as seguintes afirmações:
I) O efeito fotoelétrico pode ser explicado considerando o comportamento corpuscular da luz.
II) O efeito fotoelétrico pode ser explicado considerando o comportamento ondulatório da luz.
III) A energia do elétron arrancado do metal devido ao efeito fotoelétrico depende da intensidade da radiação eletromagnética que incide no metal.
IV) A energia do elétron arrancado do metal devido ao efeito fotoelétrico depende da frequência da radiação eletromagnética que incide no metal.
V) A energia do elétron arrancado do metal devido ao efeito fotoelétrico depende da energia do fóton da radiação eletromagnética que incide no metal e da função trabalho para arrancar o elétron do metal.
Assinale a alternativa que corresponde aos itens CORRETOS:
A) II, III e IV
B) I, III e IV
C) II, IV e V
D) I, IV e V
E) III, IV e V
(Enunciado: PISM 2023 (UFJF), Módulo III, 2º dia — Universidade Federal de Juiz de Fora (COPESE).)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) e à sua Coordenação Geral de Processos Seletivos (COPESE).
Resolução comentada
O que a questão pede: julgar cinco afirmações sobre o efeito fotoelétrico.
Passo 1 — o modelo de Einstein (1905). A luz chega em pacotes, os fótons, cada um com energia proporcional à frequência. Um fóton é absorvido por um único elétron: parte dessa energia é gasta para arrancá-lo do metal (a função trabalho , característica do metal), e o resto vira energia cinética do elétron:
Passo 2 — afirmações I e II. O efeito é explicado justamente tratando a luz como partícula (fóton). O modelo ondulatório clássico falha: ele preveria que qualquer frequência, com intensidade suficiente, arrancaria elétrons, e que haveria um atraso para o elétron “acumular” energia, o que não se observa. I correta, II incorreta.
Passo 3 — afirmação III. Aumentar a intensidade (com a mesma frequência) aumenta o número de fótons por segundo, e portanto o número de elétrons arrancados, mas não a energia de cada um, que depende de um único fóton. Incorreta.
Passo 4 — afirmações IV e V. Pela equação de Einstein, a energia do elétron depende de (logo da frequência e da energia do fóton) e de (a função trabalho do metal). IV e V corretas.
Conferindo: corretas I, IV e V: alternativa D.
⚠️ A armadilha: a afirmação III. Na intuição clássica, luz mais intensa deveria dar elétrons mais energéticos; é exatamente essa previsão que o experimento derrubou. Quem a aceita cai em B ou E.
A ideia em uma frase: no efeito fotoelétrico, cada elétron recebe a energia de um só fóton, , e sai com : a frequência decide a energia, a intensidade decide quantos elétrons saem.
Resposta: alternativa D (I, IV e V).
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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