Física Moderna (Radioatividade, Relatividade e Física Quântica) no ENEM

Questão 1

O princípio da incerteza de Heisenberg afirma que não é possível determinar simultaneamente a posição (Δx) e o momento (Δp = mΔv) de uma partícula com precisão arbitrária: Δx · Δp ≥ ℏ/2, onde ℏ = h/(2π) ≈ 1,05 × 10⁻³⁴ J·s. Se um elétron (m = 9,11 × 10⁻³¹ kg) tem sua posição determinada com incerteza Δx = 1,0 × 10⁻¹⁰ m (≈ diâmetro do átomo de hidrogênio), qual é a incerteza mínima na velocidade Δv do elétron?

Gabarito: A. A incerteza de velocidade de ≈ 5,8 × 10⁵ m/s (≈ 0,2% de c) para um elétron confinado na escala atômica explica por que elétrons nos átomos não podem 'cair' no núcleo — a incerteza de momento fornece energia cinética suficiente para manter o elétron em órbita. Esse é o fundamento da estabilidade da matéria e da química quântica.

Questão 2

Em uma aula sobre radioatividade natural, a professora apresentou os três tipos de emissão radioativa: a) radiação alfa (α): partículas compostas de 2 prótons e 2 nêutrons (núcleo de hélio); b) radiação beta (β): elétrons emitidos do núcleo; c) radiação gama (γ): ondas eletromagnéticas de alta energia. Para demonstrar o poder de penetração, ela mostrou que uma folha de papel basta para barrar a radiação alfa, enquanto gama requer espessas placas de chumbo. Ordene as radiações da menor para a maior capacidade de penetração em materiais:

Gabarito: B. A penetrabilidade e o poder ionizante de radiações são inversamente relacionados: alfa ioniza intensamente mas penetra pouco; gama penetra muito mas ioniza menos por centímetro percorrido. Essa característica determina quais materiais são usados como blindagem em usinas nucleares, equipamentos médicos e laboratórios.

Questão 3

Em 1905, Albert Einstein publicou a teoria da relatividade especial com dois postulados: (1) as leis da física são as mesmas em todos os referenciais inerciais; (2) a velocidade da luz no vácuo (c ≈ 3 × 10⁸ m/s) é constante para todos os observadores, independentemente do movimento da fonte ou do observador. Um estudante perguntou: 'Se uma nave viaja a 0,5c e acende seus faróis, um observador parado e outro na nave medem velocidades diferentes para a luz dos faróis?' Qual é a resposta correta, segundo Einstein?

Gabarito: C. A constância de c levou Einstein a concluir que tempo e espaço devem ser relativos (dilatação temporal e contração do espaço) para preservar a invariância da velocidade da luz. Isso revolucionou a física e tem aplicações práticas como a correção relativística dos satélites GPS.