PISM · Física

Questões de Física moderna da PISM

12 questões oficiais da PISM sobre Física moderna, de 2017 a 2026, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 4 fáceis, 7 médias, 1 difícil.

Treine Física moderna com 12 questões da PISM

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6 questões de Física moderna resolvidas

Questão 1 · PISM 2026 · Módulo III (3º ano) · Questão 24fácil

O efeito fotoelétrico é um fenômeno quântico descoberto acidentalmente pelo físico Heinrich Hertz ao final do século XIX. A investigação deste efeito foi então complementada pelos físicos Philipp Lenard e finalizada por Albert Einstein. Einstein ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1905 por este trabalho. Philipp Lenard construiu um sistema com duas placas metálicas submetidas a uma diferença de potencial no interior de uma ampola de vidro mantida no vácuo. Externamente, uma fonte de luz foi direcionada para uma das placas e, com um microamperímetro, a corrente elétrica circulando no sistema foi medida. A figura abaixo ilustra este sistema.

Fonte: Moderna superação! Física / R. H. Doca, R. Fogo; editor resp. F. M. Leonardo; 1. ed. Moderna, 2024, p. 420.

Em relação ao efeito fotoelétrico, considerando o sistema descrito acima, marque a alternativa CORRETA.

A
A energia cinética máxima adquirida pelo elétron emitido é influenciada tanto pela intensidade como pelo comprimento de onda da luz emitida.
B
Em uma situação onde a luz incidente não gera corrente elétrica no sistema, deve-se aumentar a intensidade do feixe de luz para que o efeito fotoelétrico ocorra.
C
Quanto maior a intensidade do feixe de luz incidente, maior a corrente medida.
D
Quanto maior a intensidade do feixe de luz incidente, maior a energia cinética máxima adquirida pelo elétron emitido.
E
Quanto maior o comprimento de onda da luz incidente, maior a energia cinética máxima adquirida pelo elétron emitido.

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Gabarito: C

Na explicação de Einstein, a luz é feita de fótons de energia E = h·f. Cada fóton arranca no máximo um elétron:

E_{c máx} = h·f − W (W = função trabalho do metal)

Intensidade maior = mais fótons por segundo = mais elétrons arrancados = corrente maior. A energia de cada elétron não muda. C correta.
A e D: a energia cinética máxima depende só da frequência (ou do comprimento de onda), não da intensidade.
B: se não há emissão, a frequência está abaixo do limiar; aumentar a intensidade não resolve, é preciso luz de maior frequência.
E: maior comprimento de onda = menor frequência = menor energia cinética.

Resposta: C

Dica: no efeito fotoelétrico, intensidade controla "quantos" elétrons; frequência controla "com quanta energia".

Questão 2 · PISM 2025 · Módulo III (3º ano) · Questão 23difícil

Um casal de irmãos gêmeos, Alice e Bob, têm à sua disposição duas naves espaciais que os levarão a um planeta distante recém descoberto. Em determinado instante, quando ambos possuíam a mesma idade, Alice parte em direção ao planeta. Bob fica ainda na Terra e só depois de certo tempo, viaja também. Considere as velocidades das naves altas o suficiente (próximas à velocidade da luz), e que ambos chegam juntos ao planeta. Nesse caso,

A
a relatividade especial não permite distinguir qual dos dois será o mais velho ao fim da viagem.
B
pode-se concluir que, ao fim da viagem, Alice será mais velha do que Bob.
C
como ambos percorreram a mesma distância, eles chegarão com a mesma idade.
D
os efeitos de dilatação temporal são detectados apenas no referencial de partida dos irmãos.
E
os tempos gastos por Alice e Bob medidos no referencial da Terra são os mesmos para completar a viagem devido à dilatação temporal.

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Gabarito: B

Os irmãos partem do mesmo lugar e chegam juntos ao planeta, então dá para comparar as idades sem ambiguidade: cada um envelhece o seu tempo próprio.

Como Bob sai depois e chega junto, ele percorre a mesma distância em menos tempo: viaja mais rápido e sofre uma dilatação temporal maior.

Exemplo numérico (distância de 6 anos-luz, medida da Terra):

Alice a 0,6c: 6 ÷ 0,6 = 10 anos no relógio da Terra. Fator √(1 − 0,6²) = 0,8 → Alice envelhece 8 anos.
Bob espera 2,5 anos na Terra e viaja a 0,8c: 6 ÷ 0,8 = 7,5 anos (chega junto). Fator √(1 − 0,8²) = 0,6 → 4,5 anos na viagem. Total: 2,5 + 4,5 = 7 anos.

Alice envelhece mais: a economia de tempo de Bob na viagem rápida supera o tempo que ele passou esperando. A conta geral dá sempre esse resultado.

Resposta: B

Por que as outras atraem:
- A: o paradoxo "quem é mais velho?" só existe quando não há reencontro; aqui eles se encontram no mesmo lugar e a relatividade dá uma resposta única.
- C: o tempo próprio depende da velocidade, não só da distância.
- E: no referencial da Terra, Alice viaja 10 anos e Bob 7,5; os tempos são diferentes.

Dica: em viagens com reencontro, envelhece menos quem passa mais tempo em alta velocidade.

Questão 3 · PISM 2024 · Módulo III (3º ano) · Questão 25média

Considere as seguintes afirmações relacionadas ao tema da dualidade onda-partícula:

I – Elétrons podem difratar-se.

II – Fótons não têm massa de repouso, portanto, sua energia é nula.

III – Os efeitos Compton e fotoelétrico podem ser compreendidos como manifestações da natureza corpuscular da onda eletromagnética.

Assinale a alternativa CORRETA a respeito dessas afirmações.

A
Somente I é verdadeira.
B
Somente II é verdadeira.
C
Somente III é verdadeira.
D
Somente I e III são verdadeiras.
E
I, II e III são verdadeiras.

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Gabarito: D

I – verdadeira. Elétrons têm comportamento ondulatório (comprimento de onda de De Broglie) e sofrem difração em cristais; é o que se usa no microscópio eletrônico.
II – falsa. O fóton não tem massa de repouso, mas tem energia E = h × f e quantidade de movimento. Massa de repouso nula não significa energia nula.
III – verdadeira. No efeito fotoelétrico e no efeito Compton, a luz troca energia e momento com elétrons como se fosse feita de partículas (fótons): é o lado corpuscular da radiação.

Verdadeiras: I e III.

Resposta: D

Dica: interferência e difração mostram o lado onda; fotoelétrico e Compton mostram o lado partícula.

Questão 4 · PISM 2023 · Módulo III (3º ano) · Questão 24média

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

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Gabarito: D

No efeito fotoelétrico, Einstein tratou a luz como formada por fótons de energia E = h·f. Cada fóton entrega toda a sua energia a um elétron, e a energia cinética máxima do elétron arrancado é:

E_c = h·f − φ (φ = função trabalho do metal)

I. Verdadeira. A explicação exige o comportamento corpuscular (fótons).

II. Falsa. O modelo ondulatório clássico previa que qualquer frequência arrancaria elétrons se a intensidade fosse grande, o que não acontece.

III. Falsa. A intensidade muda o número de elétrons arrancados, não a energia de cada um.

IV. Verdadeira. A energia depende da frequência, pois h·f cresce com f.

V. Verdadeira. É a própria equação: energia do fóton menos a função trabalho.

Corretas: I, IV e V.

Resposta: D

Dica: intensidade → quantidade de elétrons; frequência → energia de cada elétron.

Questão 5 · PISM 2022 · Módulo III (3º ano) · Questão 21média

Um observador S’ dentro de um vagão, que está se deslocando com velocidade v constante para a direita em relação a um observador S que se encontra fora do trem e em repouso em relação à Terra, observa a queda livre de uma esfera que estava inicialmente presa no teto do vagão a uma altura H do piso do vagão (ver desenho abaixo). Como é de se esperar, a trajetória vista pelo observador S’ que está em repouso em relação ao vagão, é uma linha vertical que vai desde o teto até o piso do vagão e o tempo de queda é igual a (2gH)^1/2. Considerando a Terra como sendo um referencial inercial, e comparando v com a velocidade c da luz no vácuo, podemos afirmar que o tempo de queda medido pelo observador em S será:

A
igual ao tempo de queda medido por S’ e esse fato independe da magnitude da velocidade v do vagão.
B
maior que o tempo de queda medido por S’ porque a trajetória vista pelo observador S é uma parábola.
C
menor que o tempo de queda medido por S’ se a razão v/c é muito menor que 1.
D
maior que o tempo de queda medido por S’ se a razão v/c é muito próxima de 1.
E
menor que o tempo de queda medido por S’ se a razão v/c é muito próxima de 1.

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Gabarito: D

O começo (soltar a esfera) e o fim (tocar o piso) da queda acontecem no mesmo ponto para S’, que está parado em relação ao vagão. O tempo que S’ mede é o tempo próprio Δt₀.

Para S, que vê o vagão passar com velocidade v, a relatividade restrita dá a dilatação do tempo:

Δt = Δt₀ ÷ √(1 − v²/c²)

Como √(1 − v²/c²) < 1, Δt é maior que Δt₀. A diferença só é perceptível quando v/c é próxima de 1. Para um trem comum (v/c muito pequeno), os dois tempos são praticamente iguais, mas nunca menores para S.

Resposta: D

Por que as outras atraem: B usa a parábola vista por S; na física clássica o tempo de queda seria o mesmo para os dois, e a forma da trajetória não muda isso. A só vale se v ≪ c, e a alternativa diz que independe de v. C e E dizem "menor", o sentido errado.

Observação: o tempo de queda livre é √(2H/g); a prova escreveu (2gH)^1/2, o que não muda a resposta.

Dica: o relógio que está em movimento em relação a você parece atrasar; quem vê o fenômeno "parado" mede o menor intervalo.

Questão 6 · PISM 2019 · Módulo III (3º ano) · Questão 24fácil

A temperatura das estrelas distantes pode ser aferida através do espectro de radiação eletromagnética que elas emitem. Isto é, aqui na Terra existem aparelhos, chamados “espectrógrafos”, que analisam o tipo de radiação que uma determinada estrela emite. A partir dessa análise, é possível estimar a temperatura da estrela e também as substâncias das quais ela é feita. Sabendo-se que, em observações da Terra, vemos o Sol com coloração amarelada, a estrela Betelgeuse com coloração avermelhada e a estrela Mintaka com coloração azulada, a alternativa correta que coloca as estrelas em ordem crescente de temperatura é:

A
Mintaka, Sol, Betelgeuse.
B
Betelgeuse, Sol, Mintaka.
C
Mintaka, Betelgeuse, Sol.
D
Betelgeuse, Mintaka, Sol.
E
Sol, Betelgeuse, Mintaka.

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Gabarito: B

A cor de uma estrela indica a temperatura da superfície (lei de Wien): quanto mais quente, menor o comprimento de onda do pico de emissão, e a cor vai do vermelho ao azul.

Betelgeuse, avermelhada: a mais fria (≈ 3.500 K).
Sol, amarelado: intermediário (≈ 5.800 K).
Mintaka, azulada: a mais quente.

Em ordem crescente de temperatura: Betelgeuse, Sol, Mintaka.

Resposta: B

Por que as outras atraem: A está na ordem decrescente; quem associa vermelho a “quente”, como no fogo do cotidiano, inverte a escala.

Dica: estrela azul = quente; estrela vermelha = fria. λ_máx × T = constante.