Questão 58 — Física: Física Moderna — Limites da Física Clássica

Texto-base:
Nas questões de Física, quando necessário, utilize:
• aceleração da gravidade: g = 10 m/s²;
• cos 30º = sen 60º = √3/2;
• cos 60º = sen 30º = 1/2;
• π = 3;
• fator de Lorentz: γ = 1/√(1 - V²/c²).

Entre o final do século XIX e início do século XX várias questões da física estavam sem respostas. A física clássica não era suficiente para explicar todos os comportamentos observáveis da matéria. A teoria eletromagnética clássica, fundamentada nas equações de Maxwell, apesar de amplamente aplicável, não conseguia explicar alguns fenômenos.

Observe a descrição suscinta de alguns fenômenos:

I - Ondas eletromagnéticas são geradas por cargas aceleradas. Assim, quando um elétron, por exemplo, realiza um movimento de frequência f, a onda eletromagnética emitida também tem frequência f. Além disso, a velocidade de propagação dessa onda, no vácuo, vale aproximadamente 3,0 · 10⁸ m/s.
II - Um corpo bom absorvedor é um bom emissor de radiação térmica, assim como um mau absorvedor é um mau emissor. Um corpo negro é um corpo ideal, capaz de absorver toda a radiação térmica incidente nele e, portanto, emitir totalmente essa radiação. As moléculas na superfície de um corpo negro se comportam como osciladores harmônicos, que só admitem determinados valores de energia. Dessa forma, a emissão e absorção de energia em um corpo negro se dá em quantidades quantizadas.
III - Quando radiações eletromagnéticas incidem numa placa metálica, cargas elétricas podem absorver energia suficiente para escaparem. Essas cargas “arrancadas”, chamadas de fotoelétrons, possuem energias cinéticas que independem da intensidade da radiação incidente, mas que dependem da frequência dessa radiação.
IV - Em um estado estacionário, o átomo não emite radiação eletromagnética. No entanto, quando o átomo passa de um estado estacionário para outro, ele acaba por emitir uma quantidade discreta de energia, igual à diferença entre as energias correspondentes aos dois estados.

Dos fenômenos citados acima, o único explicado satisfatoriamente pela teoria eletromagnética clássica é o descrito em