IFSP / Licenciatura em Física
Física Nuclear e Partículas / 2o. Sem 12
1ª. Lista de Exercícios
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1) a) Determine os números de prótons e de nêutrons e os nomes dos seguintes nuclídeos: F, Na,
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V, 85Kr, 120Te, 164Dy, 175W e 222Rn; b) Faça uma pesquisa e diga em cada caso qual nuclídeo
é estável e qual instável. c) Para os estáveis, verifique a abundância isotópica e para os instáveis, o
tipo de decaimento e o tempo de meia-vida.
2) a) Faça uma pesquisa numa carta de nuclídeos e encontre exemplos de três nuclídeos isótopos entre
si. Qual a posição relativa entre eles na carta de nuclídeos? b) Faça a mesma atividade para três
isóbaros e três isótonos.
3) Suponha que você receba três bolinhos radioativos: um
emissor alfa, um emissor beta e por último um emissor
gama. Além disso, você tem que comer um deles,
segurar outro na mão e colocar o que sobrou no bolso.
Como você pode fazer para minimizar sua exposição à
radiação? (The Physics Teacher, vol. 36, pág. 94, fev.
1998).
4) Uma fonte radioativa tem uma meia-vida de 3,5 dias. Sabendo que ela contém num certo instante
2.1010 núcleos radioativos, determine o número aproximado destes núcleos nos instantes t1 = 3,5
dias, t2 = 7 dias, t3 = 10,5 dias e t4 = 350 dias.
5) Um jogo de lançamento de dados azuis com 6 lados é usado como simulação de decaimentos
nucleares. Um número qualquer das faces representa o decaimento (se um dado mostra este número
no lançamento, este dado é então substituído por um de outra cor, o “núcleo filho”). NS representa o
número de dados azuis ainda restantes no jogo. Obtiveram-se os seguintes valores de NS: 1000, 841,
696, 582, 474, 403, 339, 282, 238, 202, 163, etc. (L. Kowalski, The Physics Teacher, pág. 113, fev.
1981).
a) Considerando cada lançamento como uma unidade de tempo (escolha a sua), use um papel
monolog (por que um papel monolog?) para fazer um gráfico de NS pelo “tempo” e determinar o
“tempo de meia-vida”.
b) O que aconteceria se os dados usados tivessem 12 lados?
6) A taxa de contagem de uma fonte radioativa é medida regularmente a cada uma hora, durante um
intervalo de tempo de poucos segundos. Os resultados, em contagens por segundo, foram: 1000,
820, 673, 552, 453, 371, 305, 250, etc. Faça um gráfico da taxa de contagem pelo tempo num papel
monolog e use o gráfico para estimar a meia-vida da fonte.
7) A constante de decaimento do 235U é 9,8.10-10 anos-1. a) Determine a meia-vida do 235U. b) Quantos
decaimentos ocorrem por segundo em uma amostra de 1,0 g de 235U? c) Quantos átomos de urânio235 permanecem em uma amostra de 1,0 g após 106 anos?
8) Faça os mesmos cálculos do item anterior para o 22Na, sabendo que sua constante de decaimento é
0,266 anos-1 (no item c, troque o tempo por 3,5 anos).
9) Os valores de energia, em unidades de joule, para o mundo das partículas subatômicas possuem
valores minúsculos em comparação aos que encontramos no nosso dia a dia. a) Verifique isto
calculando a energia cinética de um próton com velocidade de 2.10 6 m/s. Para evitar o uso de
valores tão diminutos, criou-se outra unidade de energia - o elétron-volt (eV) - correspondente
àquela adquirida por um elétron acelerado por uma diferença de potencial de 1 V. b) Determine a
relação entre joule e elétron-volt.
10) Uma amostra radiativa para uso didático de polônio-210 foi fabricada quando tinha uma atividade
de A = 12 Ci (a quantos decaimentos por segundo este valor corresponde?). Em 1 o. de agosto de
2009 sua atividade era de 0,025 Ci. a) Consultando uma carta de nuclídeos, verifique por qual
processo ocorre o decaimento do polônio-210 e qual seu tempo de meia-vida. b) Verifique também
qual a energia liberada em cada decaimento (em MeV e em Joule). c) Calcule aproximadamente em
que mês e ano a amostra foi fabricada. d) Calcule também a quantidade de energia liberada por
segundo (em MeV/s e J/s) pela amostra no mês em que foi fabricada e no mês de janeiro de 2009.
11) (Adaptada da FUVEST-2002) Em 1987, devido a falhas nos procedimentos de segurança, ocorreu
um grave acidente em Goiânia. Uma cápsula de césio-137, que é radioativo e tem meia-vida de 30
anos, foi subtraída e violada, contaminando pessoas e o ambiente. Certa amostra de solo
contaminada, colhida e analisada na época do acidente, foi guardada em lugar seguro. a) Determine
a razão R que haverá entre a quantidade de césio-137 presente no ano de 2017 nessa amostra e a que
existia originalmente em 1987; b) Em que ano haverá apenas 1/16 de césio radioativo nesta
amostra?
12) Suponha que um arqueólogo brasileiro encontre uma machadinha antiga no Rio Grande do Norte
e extraia dela um grama de carbono-14 (meia-vida de 5300 anos), descobrindo apenas um oitavo da
radioatividade contida em um grama de carbono extraído de uma folha de uma árvore recentemente
cortada. Explique em detalhes como é possível obter a idade da machadinha usando o decaimento
deste elemento e determine seu valor.
13) Na experiência de Rutherford é comum dizer-se que as partículas alfa colidem com os núcleos do
átomo de ouro. No entanto, fisicamente não ocorre um contato direto entre uma partícula alfa ( 24 ) e
um núcleo de ouro ( 198
79 Au ). Discuta a condição física para esta impossibilidade e a partir dela
determine a menor distância possível entre uma partícula alfa de 5,0 Mev e o núcleo de ouro (Este
valor dá uma idéia do tamanho dos núcleos atômicos).
.
14) Para testar uma teoria (como fez Rutherford),
um físico deve seguir basicamente três etapas: i)
Fazer hipóteses; ii) Testar as hipóteses; iii)
Analisar os resultados. Para lidarmos com estas
etapas numa situação hipotética, façamos a
seguinte atividade: Ao lado, há duas figuras
escondidas por “nuvens escuras”. Para descobrir
a forma delas, foram disparados feixes contra as
nuvens e registrado como os feixes saem. Crie
(a)
(b)
suas hipóteses, teste-as na figura (a) e analise os
dados. Após isto, faça o mesmo para a figura (b).
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