UFSC 2017 — questão 25 de Física
Enunciado em texto
A natureza da luz é um tema que ocupa os estudiosos desde a antiguidade. As teorias corpuscular e ondulatória buscam a preferência de cientistas famosos para explicar fenômenos importantes da ciência. No entanto, após o experimento da fenda dupla de Thomas Young, em 1802, e da explicação do efeito fotoelétrico realizada por Albert Einstein, em 1905, a ideia da dualidade onda/partícula da luz foi aceita pela comunidade científica. A experiência da fenda dupla consiste em fazer a luz passar por duas fendas em uma placa e observar o padrão de franjas (listras) claras e franjas (listras) escuras. Já o efeito fotoelétrico consiste em incidir luz sobre uma placa metálica para arrancar elétrons.
[Figura: à esquerda, “Experiência da fenda dupla”: uma lanterna lança luz sobre uma placa com duas fendas verticais e, numa segunda placa, atrás, aparece um padrão de listras verticais alternadas, claras e escuras. À direita, “Efeito fotoelétrico”: uma lanterna ilumina uma região de uma placa metálica, da qual saem elétrons (setas e pontinhos indicados como “Elétrons”).]
Considerando o que foi exposto acima, é correto afirmar que:
(01) o efeito fotoelétrico foi explicado por Einstein pela teoria ondulatória da luz.
(02) a formação do padrão de franjas claras e franjas escuras no experimento da fenda dupla de Young foi explicada pela teoria corpuscular da luz, em que as partículas da luz (fótons) sofrem o fenômeno de interferência.
(04) no efeito fotoelétrico, para arrancar os elétrons da placa, a luz deve ser formada por partículas (fótons) com uma energia mínima que é proporcional à frequência da luz.
(08) tanto a teoria corpuscular quanto a teoria ondulatória da luz explicam o padrão de franjas claras e franjas escuras no experimento da fenda dupla.
(16) no experimento de Young, a obtenção do padrão de franjas claras e franjas escuras ocorre por meio do fenômeno de interferência construtiva e interferência destrutiva das ondas, logo a explicação do fenômeno é ondulatória.
(32) os fenômenos de interferência e difração são mais bem representados pela teoria ondulatória da luz, enquanto que o fenômeno do efeito fotoelétrico é mais bem representado pela teoria corpuscular da luz.
(Enunciado e figura: Vestibular UFSC 2017 — UFSC/COPERVE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Comissão Permanente do Vestibular (COPERVE).
Resolução comentada
O que a questão pede: associar cada fenômeno ao modelo de luz que o explica.
O quadro geral: a fenda dupla mostra interferência, comportamento típico de onda; o efeito fotoelétrico só se explica com a luz chegando em “pacotes” de energia (fótons), comportamento de partícula. Juntos, eles levaram à ideia de dualidade.
(01) Falsa. Einstein explicou o efeito fotoelétrico justamente abandonando a visão ondulatória: a luz é formada por fótons, cada um com energia .
(02) Falsa. O padrão de Young foi explicado (pelo próprio Young, em 1802) pela teoria ondulatória: as ondas que saem das duas fendas se superpõem. A ideia de fóton só surgiu um século depois.
(04) Verdadeira. Cada fóton entrega sua energia a um elétron. Ela precisa superar um valor mínimo (a função trabalho do metal), e a energia do fóton é proporcional à frequência:
Por isso existe uma frequência mínima abaixo da qual nenhum elétron é arrancado, por mais intensa que seja a luz.
(08) Falsa. O modelo corpuscular clássico (partículas viajando em linha reta) prevê apenas duas faixas claras atrás das fendas, e não o padrão de muitas franjas alternadas.
(16) Verdadeira. Onde as ondas chegam em fase há interferência construtiva (franja clara); onde chegam em oposição de fase, destrutiva (franja escura). A explicação é ondulatória.
(32) Verdadeira. É o resumo da dualidade: interferência e difração são descritas pelo modelo ondulatório; o efeito fotoelétrico, pelo corpuscular.
⚠️ A armadilha: a (02) mistura as duas coisas, falando de fótons que interferem. A explicação histórica e de ensino médio do experimento de Young é ondulatória.
A ideia em uma frase: franjas de interferência pedem onda; elétrons arrancados por fótons de energia hf pedem partícula: a luz tem os dois comportamentos.
Resposta: soma 52 (04 + 16 + 32).
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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