UFU 2024-2 — questão 21 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: qual teoria a observação da difração de elétrons confirmou.

Passo 1 — difração é coisa de onda. Difração é o espalhamento de uma onda ao passar por fendas ou obstáculos de tamanho comparável ao seu comprimento de onda, formando figuras de máximos e mínimos. Se elétrons, que o pai Thomson tinha identificado como partículas, sofrem difração, então eles também se comportam como ondas.

Passo 2 — quem previu isso. Em 1924, Louis de Broglie propôs que toda partícula com quantidade de movimento $p$ tem uma onda associada, de comprimento

$$\lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{m\,v}$$

É a dualidade onda-partícula estendida à matéria. Em 1927, G. P. Thomson (passando elétrons por folhas finas de metal) e, de forma independente, Davisson e Germer (com um cristal de níquel) observaram a difração de elétrons, com o comprimento de onda previsto por essa fórmula. A descoberta do filho é a confirmação da hipótese de De Broglie.

Por que não as outras: A, o princípio da incerteza, limita a precisão com que se medem juntas posição e quantidade de movimento; tem relação com a natureza ondulatória, mas não é a teoria que a difração de elétrons veio confirmar. B, a quantização de Planck, trata da energia da radiação trocada em pacotes $E = hf$ (radiação do corpo negro). D, a relatividade, trata de espaço, tempo e velocidades próximas à da luz.

⚠️ A armadilha: a alternativa B, porque a constante de Planck $h$ aparece na fórmula de De Broglie. Mas a ideia nova, a de que a matéria tem comportamento de onda, é de De Broglie.

A ideia em uma frase: o pai mostrou o elétron como partícula e o filho mostrou o elétron difratando como onda: juntos, eles ilustram a dualidade onda-partícula de De Broglie.

Resposta: alternativa C (Dualidade de De Broglie).