Prof. Ricardo Bastos Método TEF-MED

UCS Medicina · Verão 2024.1 — Física com resolução

Física em Conhecimentos Gerais · Prova tipo A · gabarito conferido

Q4
Física moderna — Fótons — Reflexão e proteção radiativa no cenário hipotético

A Escala de Kardashev, proposta em 1964 pelo astrofísico russo Nikolai Kardashev, é utilizada para classificar o grau de avanço tecnológico de uma civilização com base na capacidade de coletar e utilizar energia. Ela tem limitações, mas serve, por exemplo, como orientação teórica para a busca por sinais de civilizações extraterrestres. Nossa civilização, no atual século XXI, estaria no Tipo I dessa escala, que explora os recursos energéticos do próprio planeta. Uma civilização do Tipo II seria aquela capaz de extrair completamente a energia de uma estrela. Suponha que, no futuro, a Terra tenha atingido o Tipo II e uma das profissões em alta seja a de engenheiro astrossolar fotovoltaico. Para trabalhar em uma superestrutura, construída em torno do Sol, faz-se necessário o uso adequado de roupas de proteção. A NR 4166 regulamenta o material a ser utilizado, para evitar a exposição à radiação solar intensa. A fabricação das roupas é baseada nas propriedades dos fótons. Qual das determinações abaixo descritas está adequada à norma?

A)O material deve ter, com tolerância de 5%, natureza totalmente reflexiva para os fótons com as frequências características do espectro de emissão eletromagnética do Sol.
B)O material deve possuir uma espessura mínima de 50 mm de grafeno, em virtude dos fótons de carga elétrica negativa.
C)O material deve ter capacidade de reflexão para fótons tipo A (formados por 1 próton e dois elétrons) e absorção total para fótons tipo B (formados por 2 prótons e 1 elétron).
D)O material deve ter, no mínimo, 5 mm de espessura, para blindar feixes de fótons materiais, de origem não eletromagnética.
E)O material deve ser capaz de absorver, com uma faixa de tolerância de 5%, tanto os fótons ôhmicos quanto os fótons não ôhmicos.
A
Resolução comentada

O exercício propõe um cenário futuro e uma regra de proteção interna a essa narrativa. Entre as opções, a que exige alta reflexão da radiação solar é a única compatível com as propriedades dos fótons.

Fótons são quanta do campo eletromagnético. Não têm carga elétrica e não são pequenos conjuntos de prótons e elétrons. Sua energia está relacionada à frequência.

$$E_\gamma=hf$$

Para uma superfície, a radiação incidente pode ser refletida, absorvida ou transmitida. No balanço idealizado:

$$R+A+T=1$$

Aumentar a reflexão reduz a parcela disponível para absorção ou transmissão, conforme o material. As classificações fóton ôhmico e fóton não ôhmico não descrevem tipos físicos de fótons.

A NR 4166 mencionada é parte da construção fictícia da questão, não uma norma real de proteção apresentada por esta resolução. A resposta identifica coerência conceitual; não valida espessura, tolerância ou desempenho de uma roupa real. A apresentação da escala de Kardashev também é contextual e simplificada.

Alternativa A.