Em uma atividade de Física, estudantes analisaram a luz emitida por dois LEDs: um vermelho e outro azul. Eles…
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
Em uma atividade de Física, estudantes analisaram a luz emitida por dois LEDs: um vermelho e outro azul. Eles consideraram que a luz é formada por fótons e compararam a energia de cada fóton emitido pelos dispositivos. O modelo utilizado estabelece que essa energia é dada por E = h·f, em que E é a energia do fóton, f é a frequência da radiação e h é uma constante. No experimento, a frequência da luz azul foi maior que a da luz vermelha. Com base no modelo apresentado, qual relação entre a frequência da radiação e a energia de cada fóton é adequada para interpretar a comparação entre as luzes dos LEDs?
- A) A energia de cada fóton aumenta proporcionalmente à frequência da radiação.
- B) A energia de cada fóton permanece constante, qualquer que seja a frequência da radiação.
- C) A energia de cada fóton aumenta com o quadrado da frequência da radiação.
- D) A energia de cada fóton diminui proporcionalmente à frequência da radiação.
- E) A energia de cada fóton depende apenas da quantidade de luz emitida pelo LED.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- O modelo fornecido é E = h·f, em que h é uma constante positiva (constante de Planck) e f é a frequência da radiação.
- Nessa expressão, E é o produto de uma constante por f. Isso significa que, quando f aumenta, E aumenta na mesma proporção, pois a razão E/f é sempre igual a h.
- No experimento, a frequência da luz azul é maior que a da luz vermelha. Pelo modelo, portanto, cada fóton da luz azul tem energia maior que cada fóton da luz vermelha.
- Assim, a relação adequada é a de proporcionalidade direta entre a energia do fóton e a frequência, que corresponde à alternativa A.
- A alternativa B está errada, pois a energia só seria constante se a frequência fosse constante, o que contraria a relação E = h·f.
- A alternativa C está errada, pois a energia depende linearmente da frequência, e não do seu quadrado.
- A alternativa D está errada, pois, pela fórmula, aumentar a frequência aumenta a energia, e não a diminui.
- A alternativa E está errada, pois, no modelo, a energia do fóton depende apenas de h e de f, não da quantidade de luz emitida.
- Conclusão: o gabarito oficial A está correto, coincidindo com a resolução feita a partir do modelo.
💡 Dica: Considere a relação entre frequência e energia em ondas.
Alternativa por alternativa
De acordo com a expressão E = h·f, a energia de cada fóton é o produto da constante h pela frequência f. Como h é constante, frequências maiores correspondem a energias maiores na mesma proporção. Portanto, cada fóton da luz azul apresenta mais energia que cada fóton da luz vermelha.
O aluno pode ter achado que, como todos os fótons são 'de luz', a energia de cada um seria a mesma independentemente da cor. Ele ignora que a constante h não muda e que f varia entre as cores.
O aluno pode ter confundido a relação linear de E = h·f com outras fórmulas da Física em que aparecem potências quadradas, como energia cinética (mv^2/2). Assim, supõe uma dependência quadrática com a frequência.
Por que engana: Confundir a relação direta entre frequência e energia, acreditando que energia diminui com o aumento da frequência.
O aluno pode ter invertido a relação, imaginando que frequências maiores geram fótons menos energéticos, talvez por confundir frequência com comprimento de onda. Como o comprimento de onda é inversamente proporcional à frequência, a inversão pode surgir dessa confusão.
O aluno pode ter associado a energia da luz à intensidade ou ao brilho do LED, que é a intuição do dia a dia de que luz mais forte tem mais energia por partícula. O modelo, porém, relaciona a energia de cada fóton apenas com a frequência.
Raio-X da questão
frequência e energia de ondas
avaliacao
frequencia de ondas · energia de ondas
Revisar a relação entre frequência e energia em ondas.
Confundir a relação direta entre frequência e energia, acreditando que energia diminui com o aumento da frequência.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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