Lista de Exercícios de Física II Refração Prof: Tadeu Turma: 2 Ano do Ensino Médio Data: 03/08/2009

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1 Lista de Exercícios de Física II Refração Prof: Tadeu Turma: 2 Ano do Ensino Médio Data: 03/08/ Na figura a seguir, está esquematizado um aparato experimental que é utilizado para estudar o aumento do número de bactérias numa solução líquida (meio de cultura), através de medidas de ângulos de refração. Um feixe de luz monocromático I, produzido por um laser, incide do ar para a solução, fazendo um ângulo q i com a normal à superfície líquida. A densidade absoluta inicial da solução, quando as bactérias são colocadas nela, é 1,05 g/cm³. Para esse valor da densidade absoluta, o ângulo de refração medido é q r = 45. O índice de refração da solução, n s, varia em função da densidade absoluta ρ de acordo com a expressão n s = C ρ. a) Com base na expressão para ns acima, encontre uma unidade para a constante C. b) À medida em que o tempo passa, o número de bactérias aumenta, assim como a densidade da solução. Num certo instante, mede-se o ângulo de refração em relação à normal e encontra-se o valor 30, para o mesmo ângulo de incidência do feixe. Calcule a densidade absoluta da solução neste instante. 2. Um raio luminoso que se propaga no ar "n(ar) =1" incide obliquamente sobre um meio transparente de índice de refração n, fazendo um ângulo de 60 com a normal. Nessa situação, verifica-se que o raio refletido é perpendicular ao raio refratado, como ilustra a figura. Calcule o índice de refração n do meio. 3. A figura a seguir indica a trajetória de um raio de luz que passa de uma região semicircular que contém ar para outra de vidro, ambas de mesmo tamanho e perfeitamente justapostas. Determine, numericamente, o índice de refração do vidro em relação ao ar.

2 4. Como ilustrado na figura, a luz colimada de uma fonte F incide no espelho E, no ar, e é refletida para a face maior do prisma reto P. A luz emerge da face horizontal do prisma, formando com ela um ângulo reto. O espelho E é perpendicular à face maior do prisma. Sabendo que a luz incide na direção horizontal e que a =30, calcule o índice de refração do prisma. Dado: n(ar) =1,0. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO A luz visível é a fonte de energia da qual dependem as plantas e, por conseguinte, todos os seres vivos. As radiações ultravioleta e infravermelha, que estão fora da faixa visível, podem também ter importância biológica. 5. Uma onda eletromagnética visível possui, no ar ou no vácuo, velocidade de 3, m/s e no vidro 1, m/s. Essa onda, propagando no ar, incide sobre uma superfície plana de vidro com ângulo de incidência de 60. O ângulo de refração da onda, no vidro, vale: Dados: sen 30 = cos 60 = 0,50 sen 60 = cos 30 = 0,87 a) 90 b) 60 c) 45 d) 30 e) zero 6. Na figura adiante, um raio de luz monocromático se propaga pelo meio A, de índice de refração 2,0. Dados: sen 37 = 0,60 sen 53 = 0,80 Devemos concluir que o índice de refração do meio B é: a) 0,5 b) 1,0 c) 1,2 d) 1,5 e) 2,0

3 7. Um raio luminoso propaga-se no ar com velocidade c= m/s e com um ângulo de 30 em relação à superfície de um líquido. Ao passar para o líquido o ângulo muda para 60. Qual é o índice de refração do líquido? 8. Um raio de luz se propaga no ar e atinge um meio x. Para um ângulo de incidência de 30, o ângulo de refração correspondente é de 60. Qual é o índice de refração do meio x? 9. Suponha que exista um outro universo no qual há um planeta parecido com o nosso, com a diferença de que a luz visível que o ilumina é monocromática. Um fenômeno ótico causado por esta luz, que não seria observado neste planeta, seria: a) a refração. b) a reflexão. c) a difração. d) o arco-íris. e) a sombra. 10. Quando um raio de luz monocromática, proveniente de um meio homogêneo, transparente e isótropo, identificado por meio A, incide sobre a superfície de separação com um meio B, também homogêneo, transparente e isótropo, passa a se propagar nesse segundo meio, conforme mostra a figura. Sabendo-se que o ângulo a é menor que o ângulo β, podemos afirmar que: a) no meio A a velocidade de propagação da luz é menor que no meio B. b) no meio A a velocidade de propagação da luz é sempre igual à velocidade no meio B. c) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B. d) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B, somente se a é o ângulo limite de incidência. e) no meio A a velocidade de propagação da luz é maior que no meio B, somente se a é o ângulo limite de refração. 11. Um feixe de luz monocromática, que se propaga no meio 1 com velocidade de m/s, incide na superfície S de separação com o meio 2, formando com a superfície um ângulo de 30. A velocidade do feixe 8 no meio 2 é 3.10 m/s. O ângulo que o feixe forma com a superfície no meio 2 vale

4 a) 60 b) 45 c) 30 d) 10 e) Suponha que não houvesse atmosfera na Terra. Nesse caso, é correto afirmar que veríamos: a) o Sol nascer mais cedo no horizonte. b) o Sol se pôr mais cedo no horizonte. c) o nascer e o pôr-do-sol mais tarde. d) o nascer e o pôr-do-sol no mesmo horário como se houvesse atmosfera. 13. Um raio de luz, propagando-se no ar, incide sobre uma superfície de água. Sendo qo ângulo de incidência, a o ângulo de reflexão e β o ângulo de refração, a relação entre estes valores é: a) q = a < β b) a = q > β c) β < a > q d) q > a = β e) q = a = β 14. Um feixe de luz está se propagando nos meios I e II separados por uma superfície plana S, conforme o esquema a seguir. De acordo com o esquema e a tabela de dados, o índice de refração do meio II em relação ao meio I é igual a a) 0,701 b) 0,812 c) 1,00 d) 1,16 e) 1, O esquema a seguir representa um raio de luz r que se propaga do meio 1 para o meio 2. De acordo com os dados, o seno do ângulo limite de refração do meio 2 para o meio 1 é a) ( 3) / 3 b) ( 3) / 2 c) ( 2) / 2 d) ( 2) / 3 e) 2 / 3

5 16. O índice de refração de um material é a razão entre: a) a densidade do ar e a densidade do material. b) a intensidade da luz no ar e a intensidade da luz no material. c) a frequência da luz no vácuo e a frequência da luz no material. d) a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no material. e) o comprimento de onda da luz no vácuo e o comprimento de onda da luz no material. 17. Um raio de luz, que incide em uma interface ar-vidro fazendo um ângulo de 60 com a normal, é refratado segundo um ângulo de 30. Se a velocidade da luz no ar vale c, qual a sua velocidade no vidro? a) (1,73)²c b) 1,73c c) c d) c/1,73 e) c/(1,73)² 18. A figura a seguir representa um raio de luz monocromática que se refrata na superfície plana de separação de dois meios transparentes, cujos índices de refração são n e n 2. Com base nas medidas expressas na figura, onde C é uma circunferência, pode-se calcular a razão n 2 /n dos índices de refração desses meios. Qual das alternativas apresenta corretamente o valor dessa razão? a) 2/3. b) 3/4. c) 1. d) 4/3. e) 3/2.

6 19. Um pincel de luz emerge de um bloco de vidro comum para o ar na direção e sentido indicados na figura a seguir. Assinale a alternativa que melhor representa o percurso da luz no interior do vidro. a) A b) B c) C d) D e) E 20. Um feixe luminoso, constituído de luz azul e vermelha, propagando-se no ar, incide sobre uma superfície de vidro. Sabendo-se que o índice de refração do vidro para a luz azul é maior do que para a vermelha, a figura que melhor representa a refração da luz azul (A) e vermelha (V) é

7 GABARITO 3 1. a) cm / g b) 2,10 g/cm³ ,5 4. n = 1,7 5. [D] 6. [D] 7. 1,73 8. [A] 9. [D] 10. [C] 11. [A] 12. [B] 13. [B] 14. [E] 15. [A] 16. [D] 17. [D] 18. [A] 19. [C] 20. [E]