Radiação das estrelas: cor, temperatura e espectros

Física, 2ª série: Radiação das estrelas: cor, temperatura e espectros

1. A lei de deslocamento de Wien relaciona a temperatura da superfície de uma estrela com o comprimento de onda em que ela emite com maior intensidade: λ_máx · T = 2,9 · 10⁻³ m · K. A superfície do Sol tem temperatura de cerca de 5 800 K. O comprimento de onda de máxima emissão do Sol é de aproximadamente

   1. a5,0 · 10⁻⁹ m, na faixa dos raios X
   2. b5,0 · 10⁻⁷ m, na faixa da luz visível
   3. c2,0 · 10⁶ m, na faixa das ondas de rádio
   4. d5,0 · 10⁻⁶ m, na faixa do infravermelho
   5. e1,7 · 10⁻² m, na faixa das micro-ondas

2. Na constelação de Órion, Betelgeuse tem cor avermelhada, e Rigel tem cor branco-azulada. Com base nas cores, é correto concluir que

   1. aa cor de uma estrela depende só do seu tamanho e não da temperatura: estrelas maiores são sempre azuis, e as menores, sempre vermelhas.
   2. bas duas estrelas têm a mesma temperatura, e a diferença de cor se deve apenas à distância até a Terra.
   3. cBetelgeuse tem superfície mais quente que Rigel, pois o vermelho é a cor associada ao fogo, às brasas e às temperaturas mais altas.
   4. dRigel tem superfície mais quente que Betelgeuse, pois estrelas mais quentes emitem com maior intensidade em comprimentos de onda menores.
   5. eRigel está se aproximando da Terra e Betelgeuse está se afastando, o que explica as cores sem relação com a temperatura.

3. A potência total irradiada por uma estrela é proporcional à área da sua superfície e à quarta potência da sua temperatura absoluta (lei de Stefan-Boltzmann). Duas estrelas têm o mesmo raio, mas a temperatura da superfície de uma delas é o dobro da temperatura da outra. A estrela mais quente irradia uma potência

   1. a2 vezes maior
   2. b4 vezes maior
   3. c16 vezes maior
   4. d8 vezes maior
   5. e32 vezes maior

4. O gráfico mostra como a intensidade da radiação emitida por três estrelas, I, II e III, que se comportam aproximadamente como corpos negros, varia com o comprimento de onda.

   

   Ordenando as estrelas da menor para a maior temperatura da superfície, obtém-se

   1. aII, I, III
   2. bI, II, III
   3. cIII, I, II
   4. dII, III, I
   5. eIII, II, I

5. Em 1835, o filósofo francês Auguste Comte escreveu que a composição química das estrelas seria para sempre desconhecida, já que nunca poderíamos ir até elas. Poucas décadas depois, a análise das linhas do espectro da luz solar revelou os elementos presentes no Sol; em 1868, foi identificada nesse espectro uma linha que não correspondia a nenhum elemento conhecido, atribuída a um novo elemento, o hélio, que só foi isolado na Terra em 1895. Esse episódio mostra que

   1. anovas técnicas de observação podem ampliar o que a ciência é capaz de investigar e levar à revisão de afirmações antes tidas como definitivas.
   2. bo hélio é um elemento que existe apenas no Sol e nunca foi encontrado em nosso planeta.
   3. ca ciência só aceita como verdadeiro aquilo que pode ser tocado e medido diretamente, como as amostras de rochas e gases recolhidas na própria Terra.
   4. das previsões de filósofos sempre se confirmam com o tempo, ainda que demorem décadas para isso acontecer.
   5. ea composição das estrelas continua desconhecida, pois a luz que chega delas não traz informação sobre a matéria que as forma.

6. O Sol é uma estrela de massa relativamente pequena. Daqui a alguns bilhões de anos, quando o hidrogênio do seu núcleo se esgotar, os modelos de evolução estelar preveem que ele

   1. ase contrairá até virar um planeta gasoso semelhante a Júpiter, sem emitir luz própria.
   2. bse expandirá como gigante vermelha, expulsará as camadas externas e será uma anã branca.
   3. cexplodirá como supernova e deixará um buraco negro no centro do Sistema Solar.
   4. dse apagará de repente, transformando-se em uma estrela de nêutrons fria, escura e sem atmosfera.
   5. epassará a fundir ferro no núcleo, o que liberará energia para brilhar para sempre.

7. O ferro da hemoglobina do nosso sangue e o ouro de uma aliança foram formados em estrelas, muito antes do surgimento do Sistema Solar. De acordo com os modelos atuais, é correto afirmar que

   1. ao ferro e o ouro se formaram na própria Terra, nas altas temperaturas e pressões do núcleo do planeta, pela fissão de átomos de urânio.
   2. bo ferro pode surgir por fusão no núcleo de estrelas massivas, e o ouro se forma sobretudo em supernovas e em fusões de estrelas de nêutrons.
   3. co ouro é formado no núcleo das estrelas comuns pela fusão de átomos de ferro, um processo que libera grande quantidade de energia.
   4. do ferro e o ouro foram produzidos nos primeiros minutos após o Big Bang, junto com o hidrogênio e o hélio.
   5. etodos os elementos químicos são produzidos pela fusão nuclear no interior de estrelas como o Sol, inclusive o ouro.

8. Duas estrelas idênticas, com a mesma potência luminosa, estão a distâncias diferentes da Terra: a estrela B está três vezes mais distante que a estrela A. Comparada com A, a estrela B parece, vista daqui,

   1. a9 vezes menos brilhante
   2. bigualmente brilhante
   3. c6 vezes menos brilhante
   4. d3 vezes menos brilhante
   5. e27 vezes menos brilhante

9. A distância média entre a Terra e o Sol é de 1,5 · 10¹¹ m, e a luz se propaga a 3,0 · 10⁸ m/s. Se o Sol deixasse de emitir luz em um certo instante, os habitantes da Terra só perceberiam o fato depois de aproximadamente

   1. a8 segundos
   2. b1 segundo
   3. c8 minutos
   4. d8 horas
   5. e500 minutos

10. O corpo humano, a cerca de 310 K (37 °C), também emite radiação térmica, como as estrelas, só que muito menos intensa.

    a) Use a lei de Wien (λ_máx · T = 2,9 · 10⁻³ m · K) para calcular o comprimento de onda de máxima emissão do corpo humano. Em que faixa do espectro ele está?

    b) Explique por que câmeras térmicas conseguem "ver" pessoas na escuridão total, mas nossos olhos não.

    c) Por que um pedaço de ferro muito aquecido passa a brilhar, primeiro em vermelho e depois em amarelo-esbranquiçado, enquanto o nosso corpo não brilha?

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