Física
37ª aula
O caráter dual da luz
Borges e Nicolau
O cientista holandês Christian Huygens (1629-1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas.
O caráter ondulatório da luz ficou plenamente estabelecido quando o físico escocês John Clerk Maxwell (1831-1879) formulou a teoria ondulatória eletromagnética, considerando a luz uma onda eletromagnética.
A teoria ondulatória justifica muitos fenômenos que ocorrem com a luz, como é o caso da interferência e da difração.
No entanto, o efeito fotoelétrico explicado por Einstein considera a luz como um fluxo de ?partículas? ou ?corpúsculos?, denominados fótons.
Ao colidir com a superfície de um metal as "partículas de luz" (fótons)podem "arrancar" elétrons desta superfície. Esse fenômeno é chamado de efeito fotoelétrico, resultando da colisão entre duas ?partículas?, o fóton e o elétron.
A luz apresenta, portanto, dupla natureza: ondulatória e corpuscular, comportando-se como onda eletromagnética ou como fluxo de partículas, conforme o fenômeno estudado.
É esse o caráter dual de luz.
Como a luz pode se comportar como onda ou como ?partícula?, o físico francês Louis De Broglie (1892?1987) apresentou, em 1924, a seguinte hipótese: partículas também possuem propriedades ondulatórias.
O comprimento de onda associado à partícula, denominado comprimento de onda de De Broglie, é dado por:
Dados: massa do elétron m = 9,11.10-31 kg
constante de Planck h = 6,63.10-34 J.s.
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Exercício 3:
Uma bola de futebol se desloca com velocidade 10 m/s. Calcule o comprimento de onda de De Broglie associado à bola.
Dados: massa da bola de futebol m = 400 g
constante de Planck h = 6,63.10-34 J.s.
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Exercício 4:
Retome os dois últimos exercícios anteriores. Por meio dos valores dos comprimentos de onda associados ao elétron e à bola de futebol, explique por que não se pode observar efeitos ondulatórios, como a difração, para objetos em escala macroscópica.
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Exercícios de Revisão
Revisão/Ex 1:
(UFRN)
Bárbara ficou encantada com a maneira de Natasha explicar a dualidade onda-partícula, apresentada nos textos de Física Moderna. Natasha fez uma analogia com o processo de percepção de imagens, apresentando uma explicação baseada numa figura muito utilizada pelos psicólogos da Gestalt. Seus esclarecimentos e a figura ilustrativa são reproduzidos a seguir:
Figura citada por Natasha, na qual dois perfis formam um cálice e vice-versa.
A minha imagem preferida sobre o comportamento dual da luz é o desenho de um cálice feito por dois perfis. Qual a realidade que percebemos na figura? Podemos ver um cálice ou dois perfis, dependendo de quem consideramos como figura e qual consideraremos como fundo, mas não podemos ver ambos simultaneamente. É um exemplo perfeito de realidade criada pelo observador, em que nós decidimos o que vamos observar. A luz se comporta de forma análoga, pois, dependendo do tipo de experiência ("fundo"), revela sua natureza de onda ou sua natureza de partícula, sempre escondendo uma quando a outra é mostrada.
Diante das explicações acima, é correto afirmar que Natasha estava ilustrando, com o comportamento da luz, o que os físicos chamam de princípio da:
a) incerteza de Heisenberg.
b) complementaridade de Bohr.
c) superposição.
d) relatividade.
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Revisão/Ex 2:
(URGS-RS)
O dualismo onda-partícula refere-se a características corpusculares presentes nas ondas luminosas e a características ondulatórias presentes no comportamento de partículas, tais como elétrons. A natureza nos mostra que características corpusculares e ondulatórias não são antagônicas mas, sim, complementares. Dentre os fenômenos listados, o único que não está relacionado com o dualismo onda-partícula é:
a) o efeito fotoelétrico.
b) a ionização de átomos pela incidência de luz.
c) a difração de elétrons.
d) o rompimento de ligações entre átomos pela incidência de luz.
e) propagação, no vácuo, de ondas de rádio de frequência média.
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Revisão/Ex 3:
(UFC-CE)
Associamos a uma partícula material o que chamamos de comprimento de onda de De Broglie.
A) Dê a expressão que relaciona o comprimento de onda de De Broglie com o momentum da partícula.
B) Considere duas partículas com massas diferentes e mesma velocidade. Podemos associar a cada uma o mesmo comprimento de onda de De Broglie? Justifique.
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Revisão/Ex 4:
(Olimpíada Paulista de Física)
Cálcule o momento linear de um fóton de comprimento de onda 780 nm, típico de diodos laser empregados na leitura de CDs.
Dado: h = constante de Planck = 6,63.10-34 J.s
a) 2,5.10-27 J.s/m
b) 3,5.10-28 J.s/m
c) 4,5.10-26 J.s/m
d) 8,5.10-28 J.s/m
e) 9,5.10-29 J.s/m
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18ª aula - 2º semestre O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629-1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629-1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório da luz ficou plenamente...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau Exercício 1:Analise as proposições: I) Em determinados fenômenos a luz apresenta natureza ondulatória e, em outros, corpuscular. É o caráter dual da luz. II) Os fenômenos da interferência da luz, da difração...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629?1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório da luz ficou plenamente...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629 ? 1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório da luz ficou plenamente...
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Em determinados fenômenos, a luz apresenta natureza corpuscular
e em outros, natureza ondulatória. É o caráter dual da luz.
37ª aula
O caráter dual da luz
Borges e Nicolau
O cientista holandês Christian Huygens (1629-1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas.
O caráter ondulatório da luz ficou plenamente estabelecido quando o físico escocês John Clerk Maxwell (1831-1879) formulou a teoria ondulatória eletromagnética, considerando a luz uma onda eletromagnética.
A teoria ondulatória justifica muitos fenômenos que ocorrem com a luz, como é o caso da interferência e da difração.
No entanto, o efeito fotoelétrico explicado por Einstein considera a luz como um fluxo de ?partículas? ou ?corpúsculos?, denominados fótons.
Ao colidir com a superfície de um metal as "partículas de luz" (fótons)podem "arrancar" elétrons desta superfície. Esse fenômeno é chamado de efeito fotoelétrico, resultando da colisão entre duas ?partículas?, o fóton e o elétron.
A luz apresenta, portanto, dupla natureza: ondulatória e corpuscular, comportando-se como onda eletromagnética ou como fluxo de partículas, conforme o fenômeno estudado.
É esse o caráter dual de luz.
Como a luz pode se comportar como onda ou como ?partícula?, o físico francês Louis De Broglie (1892?1987) apresentou, em 1924, a seguinte hipótese: partículas também possuem propriedades ondulatórias.
O comprimento de onda associado à partícula, denominado comprimento de onda de De Broglie, é dado por:
A quantidade de movimento m.v evidencia o caráter corpuscular, enquanto o comprimento de onda ? evidencia o caráter ondulatório.
Em 1927 cientistas dos laboratórios Bell, nos Estados Unidos, constataram um fenômeno até então considerado exclusivamente ondulatório: a difração de elétrons. Conclui-se, então, que partículas também apresentam propriedades ondulatórias, o que confirma hipótese formulada por Louis De Broglie.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Analise as proposições:
I) Em determinados fenômenos a luz apresenta natureza ondulatória e, em outros, corpuscular. É o caráter dual da luz.
II) Os fenômenos da interferência da luz, da difração e o efeito fotoelétrico são explicados pela natureza ondulatória da luz.
III) Partículas, como os elétrons, também possuem propriedades ondulatórias.
Tem-se:
a) só I) é correta;
b) só II) é correta;
c) só III) é correta;
d) só I) e III) são corretas;
e) I), II) e III) são corretas.
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Exercício 2:
Um elétron se desloca com velocidade 3,0.106 m/s. Determine o comprimento de onda de De Broglie associado ao elétron.Dados: massa do elétron m = 9,11.10-31 kg
constante de Planck h = 6,63.10-34 J.s.
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Exercício 3:
Uma bola de futebol se desloca com velocidade 10 m/s. Calcule o comprimento de onda de De Broglie associado à bola.
Dados: massa da bola de futebol m = 400 g
constante de Planck h = 6,63.10-34 J.s.
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Exercício 4:
Retome os dois últimos exercícios anteriores. Por meio dos valores dos comprimentos de onda associados ao elétron e à bola de futebol, explique por que não se pode observar efeitos ondulatórios, como a difração, para objetos em escala macroscópica.
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Exercícios de Revisão
Revisão/Ex 1:
(UFRN)
Bárbara ficou encantada com a maneira de Natasha explicar a dualidade onda-partícula, apresentada nos textos de Física Moderna. Natasha fez uma analogia com o processo de percepção de imagens, apresentando uma explicação baseada numa figura muito utilizada pelos psicólogos da Gestalt. Seus esclarecimentos e a figura ilustrativa são reproduzidos a seguir:
Figura citada por Natasha, na qual dois perfis formam um cálice e vice-versa.
A minha imagem preferida sobre o comportamento dual da luz é o desenho de um cálice feito por dois perfis. Qual a realidade que percebemos na figura? Podemos ver um cálice ou dois perfis, dependendo de quem consideramos como figura e qual consideraremos como fundo, mas não podemos ver ambos simultaneamente. É um exemplo perfeito de realidade criada pelo observador, em que nós decidimos o que vamos observar. A luz se comporta de forma análoga, pois, dependendo do tipo de experiência ("fundo"), revela sua natureza de onda ou sua natureza de partícula, sempre escondendo uma quando a outra é mostrada.
Diante das explicações acima, é correto afirmar que Natasha estava ilustrando, com o comportamento da luz, o que os físicos chamam de princípio da:
a) incerteza de Heisenberg.
b) complementaridade de Bohr.
c) superposição.
d) relatividade.
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Revisão/Ex 2:
(URGS-RS)
O dualismo onda-partícula refere-se a características corpusculares presentes nas ondas luminosas e a características ondulatórias presentes no comportamento de partículas, tais como elétrons. A natureza nos mostra que características corpusculares e ondulatórias não são antagônicas mas, sim, complementares. Dentre os fenômenos listados, o único que não está relacionado com o dualismo onda-partícula é:
a) o efeito fotoelétrico.
b) a ionização de átomos pela incidência de luz.
c) a difração de elétrons.
d) o rompimento de ligações entre átomos pela incidência de luz.
e) propagação, no vácuo, de ondas de rádio de frequência média.
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Revisão/Ex 3:
(UFC-CE)
Associamos a uma partícula material o que chamamos de comprimento de onda de De Broglie.
A) Dê a expressão que relaciona o comprimento de onda de De Broglie com o momentum da partícula.
B) Considere duas partículas com massas diferentes e mesma velocidade. Podemos associar a cada uma o mesmo comprimento de onda de De Broglie? Justifique.
Revisão/Ex 4:
(Olimpíada Paulista de Física)
Cálcule o momento linear de um fóton de comprimento de onda 780 nm, típico de diodos laser empregados na leitura de CDs.
Dado: h = constante de Planck = 6,63.10-34 J.s
a) 2,5.10-27 J.s/m
b) 3,5.10-28 J.s/m
c) 4,5.10-26 J.s/m
d) 8,5.10-28 J.s/m
e) 9,5.10-29 J.s/m
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18ª aula - 2º semestre O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629-1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629-1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório da luz ficou plenamente...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau Exercício 1:Analise as proposições: I) Em determinados fenômenos a luz apresenta natureza ondulatória e, em outros, corpuscular. É o caráter dual da luz. II) Os fenômenos da interferência da luz, da difração...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629?1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório da luz ficou plenamente...
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O caráter dual da luz Borges e Nicolau O cientista holandês Christian Huygens (1629 ? 1695) apresentou a teoria ondulatória da luz, segundo a qual a luz se propaga através do espaço por meio de ondas. O caráter ondulatório da luz ficou plenamente...