Um laser verde (? = 532 nm) entrega por pulso energia E = 0,500 J concentrada em A = 1,00×10^-6 m². Calcule o…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um laser verde (? = 532 nm) entrega por pulso energia E = 0,500 J concentrada em A = 1,00×10^-6 m². Calcule o número N de fótons no pulso usando E_ph = h·c/? (h = 6,63×10^-34 J·s, c = 3×10^8 m/s).
- A) E_ph = (6,63×10^-34·3×10^8)/532×10^-9 ˜ 3,74×10^-19 J ? N = 0,500/3,74×10^-19 ˜ 1,34×10^18
- B) N = 2,50×10^18 fótons, calculado com E_ph = 0,200 J.
- C) N = 1,00×10^20 fótons, pois toda a energia se converte em fótons de alta energia.
- D) N = 1,00×10^17 fótons, pois a luz laser não gera muitos fótons.
- E) E_ph = 1,000 J para ? = 532 nm, resultando em N = 0,5.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Calcular a energia de um fóton com E_ph = h·c/λ. Primeiro, h·c = 6,63×10^-34 · 3×10^8 = 1,989×10^-25 J·m. Depois, dividir pelo comprimento de onda λ = 532 nm = 532×10^-9 m = 5,32×10^-7 m. Assim, E_ph = 1,989×10^-25 / 5,32×10^-7 ≈ 3,74×10^-19 J.
- Calcular o número de fótons dividindo a energia do pulso pela energia de cada fóton. N = E / E_ph = 0,500 / 3,74×10^-19 ≈ 1,34×10^18 fótons.
- Conferir a ordem de grandeza. Um pulso de 0,5 J de luz verde tem bilhões de bilhões de fótons, o que faz sentido, pois cada fóton carrega uma energia muito pequena (da ordem de 10^-19 J).
- Observar que a área A = 1,00×10^-6 m² não é necessária para calcular N, pois o número de fótons depende apenas da energia total do pulso e da energia de cada fóton. Ela serve para outros cálculos, como a intensidade (energia por área).
- Comparar com o gabarito. A alternativa A chega exatamente a esse resultado, então o gabarito oficial está correto.
- Por que as outras estão erradas: a alternativa B usa 0,200 J como energia de fóton, valor sem base no enunciado. A alternativa C supõe que a energia vira fótons de alta energia, o que contraria o enunciado, que trata de luz verde de 532 nm. A alternativa D aceita a intuição de que lasers têm poucos fótons, o que não tem base física. A alternativa E trata a energia do pulso como energia de um fóton, de modo que a conta não tem sentido físico.
💡 Dica: Utilize a fórmula E_ph = h·c/? para encontrar o número de fótons.
Alternativa por alternativa
E_ph = h·c/? = 6,63×10^-34·3×10^8/532×10^-9 ˜ 3,74×10^-19 J. N = E/E_ph = 0,500/3,74×10^-19 ˜ 1,34×10^18 fótons. Número alto indica risco térmico e fotoquímico local.
O aluno confunde a energia do pulso com a energia de um único fóton, usando 0,200 J como E_ph, e depois divide a energia total por esse valor errado.
Por que engana: O aluno pode confundir a energia de um fóton com a energia total do pulso, resultando em um número de fótons incorreto.
O aluno acredita que toda a energia do pulso se converte em fótons de alta energia, ignorando que o comprimento de onda de 532 nm define a energia de cada fóton.
O aluno usa a intuição do dia a dia de que lasers 'não geram muitos fótons', sem calcular a energia por fóton a partir de h·c/λ.
O aluno calcula uma energia de fóton de 1 J, sem aplicar h·c/λ, e em seguida obtém N = 0,5, que é um número de fótons fracionário e sem sentido físico.
Raio-X da questão
número de fótons
avaliacao
cálculo de energia de fótons · física de lasers
Revisar a relação entre energia de fótons e comprimento de onda.
O aluno pode confundir a energia de um fóton com a energia total do pulso, resultando em um número de fótons incorreto.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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