FÍSICA - A Física do “muito grande”

Na ficção científica existem muitas explicações físicas não comprovadas cientificamente, como os “buracos de minhoca” e obtenção de velocidades acima da velocidade da luz no vácuo. Um filme que mostra muito este tipo de ficção é “Jornada nas estrelas”.

No filme, a nave viaja acima da velocidade da luz. Uma solução que permitiria à Enterprise de "Jornada nas Estrelas" viajar a velocidades maiores que a da luz é inspirada na relatividade espacial e temporal, prevista na Teoria de Einstein. "De uma forma mágica, a Enterprise comprimiria o espaço à sua frente e dilataria o espaço atrás dela, criando uma onda espacial que impulsionaria a nave junto com a luz, de tal forma que nesse intervalo do espaço a nave não estaria a velocidades maiores que a da luz, ao contrário do que seria percebido por alguém fora dessa onda". Dentro das teorias criadas por Einstein, qual define essa alteração na percepção espaço-tempo?

(UFCG-PB) Um carro viajando com velocidade constante comparável à da luz possui uma fonte de luz no seu interior a igual distância dos detectores 1 e 2 localizados em suas extremidades, como mostra a figura.

Num dado instante a fonte emite um pulso de luz. Os observadores inerciais A e B encontram-se no carro e na superfície da Terra, respectivamente. De acordo com a teoria especial da relatividade, pode-se afrmar, exceto, que:

No Universo que nos rodeia, algumas constelações e galáxias são bem diferentes da nossa Via Láctea, por exemplo a galáxia anã LEDA 074886, que está localizada a 70 milhões de anos-luz, e que chama a atenção pelo seu aspecto retangular. As galáxias em geral têm formas ovais, como discos, elípticas tridimensionais, mas essa galáxia tem uma aparência bastante peculiar. De acordo com alguns cientistas, sua forma retangular se deve à colisão de duas outras galáxias. A medida relacionada a essa galáxia anã descrita acima se refere:

(Dado: C = 3 · 10⁵ km/s)

(UFRGS-RS) De acordo com a teoria da relatividade, quando objetos se movem através do espaço-tempo com velocidades da ordem da velocidade da luz, as medidas de espaço e tempo sofrem alterações. A expressão da contração espacial é dada por , onde v é a velocidade relativa entre o objeto observado e o observador, c é a velocidade de propagação da luz no vácuo, L é o comprimento medido para o objeto em movimento e L₀ é o comprimento medido para o objeto em repouso.

A distância Sol-Terra para um observador fixo na Terra é L₀ = 1,5 · 10¹¹m. Para um nêutron com velocidade v = 0,6 c, essa distância é de:

No estudo da astronomia, as estrelas podem ser classificadas conforme a sua classe espectral em ordem decrescente de temperatura à superfície: O, B, A, F, G, K, M.

Classe O – Estrelas azuis. Temperaturas superiores a 30.000 K.

Classe B – Estrelas de cor entre o azul e o branco. Temperaturas entre os 10.000 K a 30.000 K.

Classe A – Estrelas brancas. Temperaturas entre 7.500 K a 10.000 K.

Classe F – Estrelas de cor entre branco e amarelo. Temperaturas entre 6.000 k a 7.500 k.

Classe G – Estrelas amarelas. Temperaturas entre 5.000 K a 6.000 K.

Classe K – Estrelas cor de laranja. Temperaturas entre 3.500 K a 5.000 K.

Classe M – Estrelas vermelhas. Temperaturas abaixo dos 3.500 K.

Além dessa classificação, também podem ser representadas graficamente pelo diagrama de Hertzsprung-Russell:

Diagrama de Hertzsprung-Russell (simplificado)

O Sol, principal estrela do Sistema do planeta em que vivemos, possui temperatura média de 5.500 K, aproximadamente. Identifique a qual classe espectral nossa estrela pertence e qual sua cor:

O planeta Éris é um planeta anão localizado em uma região chamada disco disperso do Sistema Solar. Seu nome foi dado em homenagem à deusa da discórdia, pois, após sua descoberta, o planeta Plutão foi considerado anão devido ao seu tamanho comparado a Éris. Possui um período orbital de cerca de 560 anos e encontra-se a cerca de 97 UA (Unidades Astronômicas) do Sol, em seu afélio. Como Plutão, a sua órbita é bastante excêntrica, e leva o planeta a uma distância de apenas 35 UA do Sol no seu periélio. Sabendo que a unidade astronômica está relacionada à distância da Terra ao Sol, ou seja, 1 UA equivale a 150 milhões de quilômetros, determine a distância do planeta anão ao Sol durante o seu periélio.

Um céu ensolarado pode esconder um mau tempo capaz de causar tantos prejuízos quanto uma chuva de granizo. Especialistas que estudaram o efeito do clima espacial sobre os países localizados na Linha do Equador alertam que as tempestades de energia provocadas pelo astro-rei podem afetar a infraestrutura elétrica de países localizados em baixa latitude, como é o caso do Brasil.

Até então, acreditava-se que essa posição protegia dos fenômenos geomagnéticos que afetam redes de transmissão e satélites nas nações mais próximas dos polos, mas uma parte do território nacional pode sofrer mais danos do que se pensava. O responsável por colocar o Brasil na linha de tiro das variações solares é o eletrojato equatorial, uma corrente elétrica que cruza a ionosfera a 100 km do chão. Esse fluxo de energia circula o Equador de acordo com a posição da Terra em relação ao Sol. Quando atravessa o Brasil, o jato passa pelo território do Pará até sair pelo Acre, em direção ao Peru. Essa corrente estaria suscetível aos choques de energia que vêm do Sol em direção à Terra, podendo causar interferência nos grandes sistemas elétricos da região.

Disponível em: <http://www2.inpe.br/climaespacial/portal/correio-brasiliense-publica-materia-sobre-recente-artigo-de-correntes-induzidas-na-regiao-do-eletrojato-equatorial>. Acesso em: 15 jan. 2017.

Essas descargas eletromagnéticas provenientes do Sol, são corretamente descritas, na alternativa:

A formação do Sistema Solar remonta há aproximadamente 4,6 bilhões de anos a partir do conhecido fenômeno denominado Big Bang, pelos cientistas. De acordo com astrônomos, o Sistema Solar foi formado a partir de uma mesma nuvem de poeira e gás. Esta nuvem é conhecida como Nebulosa Solar Primitiva. Em um dado momento, ocorreu um colapso desta nuvem, provocando o fim do seu equilíbrio gravitacional e gerando sua contração. Foi a partir daí que teve início a formação do Sistema Solar. Na formação do sistema que temos atualmente, os corpos celestes estudados são inúmeros, tais como: estrelas, planetas, satélites naturais, cometas, asteroides, meteoros, constelações, galáxias, nebulosas, entre outros. Determine qual é a principal característica entre satélite natural e planeta para diferenciá-los.

(UFC-CE) Em relação a um sistema de referência em repouso, dois elétrons movem-se em sentidos opostos, ao longo da mesma reta, com velocidades de módulos iguais a . Determine a velocidade relativa de aproximação entre os elétrons. Em seguida, assinale a alternativa que apresenta corretamente essa velocidade.

(UFSC — Adaptado) Com base nos tópicos de Física Moderna, assinale a(s) proposição(ões) correta(s). Indicando soma dos números associados às alternativas corretas.

01. Corpo negro ideal é todo corpo capaz de absorver toda a radiação que nele incide. Quando um corpo negro é aquecido, ele é uma fonte ideal de radiação térmica.
02. O efeito fotoelétrico só ocorre se a frequência da luz incidente sobre o metal for superior a um valor mínimo f_min e a emissão de cargas elétricas deste material independe da intensidade da radiação incidente.
04. A teoria da relatividade especial, proposta por Einstein, está baseada em dois postulados, sendo que um deles é enunciado da seguinte forma: “As leis da Física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. Ou seja, não existe nenhum sistema de referência inercial preferencial”.
08. A apresentação do trabalho do físico Maxwell sobre a quantização da energia é considerada hoje como o marco oficial da fundação da Física Moderna.
16. A teoria da relatividade restrita tem como consequência a contração espacial e a dilatação temporal.
32. O fenômeno da radiação do corpo negro é explicado pela Física Clássica e pela Moderna como sendo uma distribuição contínua de energia de um sistema.
64. O comportamento dualístico de uma onda-partícula é descrito e aceito pela Física Clássica, sendo mais aprofundado e explicado pela Física Quântica.

(UFBA) A produção de energia no Sol, que possibilitou a vida na Terra, é, em grande parte, relacionada às reações nucleares que transformam quatro prótons em um núcleo de hélio, ⁴He⁺⁺. Nessas reações, uma parte da massa é transformada em energia.

Calcule, usando a equação de Einstein, a quantidade de energia liberada nessas reações, considerando a velocidade da luz 3,0 · 10⁸ m/s e as massas do próton e do núcleo de hélio iguais a 1,673 · 10^-27kg e 6,64 · 10^-27 kg, respectivamente.

Através de um telescópio de pequeno porte é possível observar durante a noite algumas constelações e, principalmente, a constelação de Centauro, pois além de ser uma das mais brilhantes no céu, é a constelação mais próxima do nosso Sistema solar. Sua estrela Alfa Centauri é a mais brilhante e forma um trio de estrelas formado por Alfa Centauri A, Alfa Centauri B e Alfa Centauri C, ligadas gravitacionalmente entre si.

A Alfa Centauri A e a Alfa Centauri B são estrelas separadas (a olho nu parece ser uma só estrela). Ambas possuem dimensões próximas da dimensão do nosso Sol. A primeira é uma estrela amarela, a segunda é alaranjada. Estas duas estrelas estão a aproximadamente 4,4 anos-luz do nosso sistema.

Sendo um ano-luz a distância percorrida pela luz (C = 3 · 10⁵ km/s) durante o tempo de 1 ano, determine aproximadamente, a distância em quilômetros dessas estrelas até o Sistema solar.

(UFPE) Com relação à teoria da relatividade especial e aos modelos atômicos, podemos afirmar que:

Indique as alternativas verdadeiras (V) e falsas (F).

( ) A velocidade da luz no vácuo independe da velocidade da fonte de luz.
( ) As leis da Física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. A única exceção ocorre em fenômenos físicos que ocorram sob gravidade nula.
( ) É impossível determinar simultaneamente a velocidade e a posição do elétron no átomo de hidrogênio.
( ) No modelo de Bohr do átomo de hidrogênio o elétron não irradia quando se encontra nas órbitas estacionárias, isto é, naquelas órbitas onde o momento linear do elétron é um múltiplo inteiro da constante de Planck.
( ) Para ionizar o átomo de hidrogênio, no seu estado fundamental, isto é, separar completamente o elétron do núcleo, gasta-se uma energia menor do que 10 eV.

Durante a história das civilizações houve grande número de modelos de sistemas de planetas até obtermos o modelo conhecido como Heliocêntrico, que mais se assemelha ao modelo padrão utilizado nos dias atuais. Dentro desse modelo, o Sol ocuparia seu centro e os planetas e satélites orbitariam ao seu redor de maneira organizada, tendo cada um uma posição e órbita específica. Na Astronomia, o estudo dos corpos celestes, principalmente do Sistema solar, está cada vez mais avançada e já é possível a determinação de características importantes de todo o sistema. Os itens abaixo já são amplamente conhecidos:

I – Maior planeta do Sistema Solar;

II – Planeta mais próximo do Sol;

III – Planeta com maior temperatura média do Sistema Solar;

IV – Estrela mais próxima do planeta Terra nesse sistema.

Das alternativas abaixo, qual corresponde correta e respectivamente aos itens descritos acima?

O GPS é um instrumento muito comum na atualidade e utiliza mecanismos da teoria da relatividade para determinar com alta precisão as posições na Terra. Encontrado em carros, aviões, navios e até celulares de última geração, esse instrumento depende de 24 satélites ao redor da Terra para determinar corretamente uma posição. Se não fosse a relatividade, todas as medidas estariam erradas.

Os cálculos e correções relativísticos são necessários em consequência da velocidade dos satélites, de aproximadamente 14 mil km/h. Essa velocidade é realmente pequena comparada com a velocidade da luz (C = 3 · 10⁵ km/s), mas mesmo assim os cálculos são necessários.

Um exemplo são os mísseis, que após serem lançados atingem seus alvos por meio desse dispositivo. Um ínfimo erro de cálculo poderia levá-los ao alvo errado, causando grande destruição.

Dos físicos relacionados abaixo, qual foi o criador a Teoria da Relatividade?

O sistema de planetas que conhecemos hoje é muito diferente dos sistemas defendidos na Antiguidade, principalmente pela filosofia grega datada antes de Cristo. Um desses modelos, que tinha como elemento central o planeta Terra, ficou muito conhecido e foi defendido pela Igreja Católica durante muitos anos até ser contestado.

Este sistema surgia das observações realizadas pelo homem no seu dia a dia: a Terra parece imóvel e todos os astros observáveis parecem estar em esferas que giram em seu redor. Como era chamado esse modelo de sistema de planeta e qual seu principal defensor entre os filósofos gregos?