Refração da Luz Reflexão Total

Transcrição

1 Refração da Luz Reflexão Total 1. (Uece 2016) Uma escova de dentes tem seu cabo feito de plástico azul, no qual estão presas cerdas de nylon incolor. As pontas das cerdas parecem azuis quando a escova é iluminada com a luz do dia. O fenômeno ótico responsável principal por essa coloração azul nas pontas das cerdas é denominado a) interferência construtiva. b) reflexão total. c) difração. d) interferência destrutiva. 2. (Pucrj 2015) Um rapaz está deitado rente à margem de um lago salgado. Um peixe se encontra submerso logo à frente do rapaz, mas este não o consegue ver devido ao fenômeno de reflexão total. Sendo θ o ângulo indicado na figura, qual das respostas abaixo corresponde a um valor possível de sen θ? Considere: nágua 1,5 nar 1,0 a) 13 b) 45 c) 12 d) 35 e) (Ufsm 2015) Antes do seu emprego nas comunicações, as fibras óticas já vinham sendo usadas para a iluminação e inspeção das cavidades do corpo humano, o que possibilitou o desenvolvimento de técnicas diagnósticas como a endoscopia. O fenômeno físico que permite guiar a luz, através de um feixe de fibras flexíveis, por um caminho curvo é a reflexão interna total. Para que esse fenômeno ocorra, I. a luz deve incidir a partir de um meio de índice de refração mais alto sobre a interface com um meio de índice de refração mais baixo. II. o ângulo de incidência da luz sobre a interface de separação entre dois meios deve ser tal que o ângulo de refração seja de, no mínimo, 90. III. a interface de separação entre os meios interno e externo deve ser revestida com um filme refletor. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas III. c) apenas I e II. d) apenas II e III. e) I, II e III. Página 1 de 8

2 4. (Espcex (Aman) 2015) Uma fibra óptica é um filamento flexível, transparente e cilíndrico, que possui uma estrutura simples composta por um núcleo de vidro, por onde a luz se propaga, e uma casca de vidro, ambos com índices de refração diferentes. Um feixe de luz monocromático, que se propaga no interior do núcleo, sofre reflexão total na superfície de separação entre o núcleo e a casca segundo um ângulo de incidência á, conforme representado no desenho abaixo (corte longitudinal da fibra). Com relação à reflexão total mencionada acima, são feitas as afirmativas abaixo. I. O feixe luminoso propaga-se do meio menos refringente para o meio mais refringente. II. Para que ela ocorra, o ângulo de incidência α deve ser inferior ao ângulo limite da superfície de separação entre o núcleo e a casca. III. O ângulo limite da superfície de separação entre o núcleo e a casca depende do índice de refração do núcleo e da casca. IV. O feixe luminoso não sofre refração na superfície de separação entre o núcleo e a casca. Dentre as afirmativas acima, as únicas corretas são: a) I e II b) III e IV c) II e III d) I e IV e) I e III 5. (G1 - col.naval 2015) Observe a figura a seguir. Uma das maiores revoluções ocorridas nas últimas décadas foi o uso de cabos de fibra óptica para o tráfego de dados (voz, imagem, som,...) através das redes de telecomunicação. O maior desses cabos, atualmente, é o SeaMewe 3 que sai da Alemanha e chega até a Coreia do Sul, passando por 32 países, num total de km de comprimento. Considerando a trajetória da luz pela fibra óptica (ver figura) e que o tempo médio de transmissão de dados entre a Alemanha e a Coreia do Sul seja de, aproximadamente, 0,195 s, pode-se afirmar que na fibra óptica ocorre o fenômeno da a) dispersão e a luz tem velocidade de km s. b) reflexão e a luz tem velocidade de km s. c) refração e a luz tem velocidade de km s. d) reflexão e a luz tem velocidade de km s. e) refração e a luz tem velocidade de km s. Página 2 de 8

3 6. (Enem PPL 2014) As miragens existem e podem induzir à percepção de que há água onde não existe. Elas são a manifestação de um fenômeno óptico que ocorre na atmosfera. Disponível em: Acesso em: 29 fev Esse fenômeno óptico é consequência da a) refração da luz nas camadas de ar próximas do chão quente. b) reflexão da luz ao incidir no solo quente. c) reflexão difusa da luz na superfície rugosa. d) dispersão da luz nas camadas de ar próximas do chão quente. e) difração da luz nas camadas de ar próximas do chão quente. 7. (Cefet MG 2014) No vácuo, um determinado meio material isotrópico e transparente com índice de refração absoluto igual a 2 apresentará a condição de reflexão total para um raio de luz com ângulo limite de incidência igual a, propagando-se do para o. Os termos que preenchem, corretamente, as lacunas são a) 30, material, vácuo. b) 30, vácuo, material. c) 60, material, vácuo. d) 60, vácuo, material. e) 90, vácuo, material. 8. (Unesp 2013) Uma haste luminosa de 2,5 m de comprimento está presa verticalmente a uma boia opaca circular de 2,26 m de raio, que flutua nas águas paradas e transparentes de uma piscina, como mostra a figura. Devido à presença da boia e ao fenômeno da reflexão total da luz, apenas uma parte da haste pode ser vista por observadores que estejam fora da água. Considere que o índice de refração do ar seja 1,0, o da água da piscina 4, sen 48,6 = 0,75 e 3 tg 48,6 = 1,13. Um observador que esteja fora da água poderá ver, no máximo, uma porcentagem do comprimento da haste igual a a) 70%. b) 60%. c) 50%. d) 20%. e) 40%. Página 3 de 8

4 9. (Ufg 2013) Leia o texto a seguir. O processo de unificação se faz por intermédio do que se chama de redes. Seria, portanto, pela unificação que adviria o fracionamento. As redes são vetores de modernidade e também de entropia. Mundiais, veiculam um princípio de ordem, uma regulação a serviço de atores hegemônicos na escala planetária. SANTOS, M. Técnica, espaço e tempo: Meio técnico-científico-informacional. São Paulo: Hucitec, p. 28. O texto indica as transformações que passaram a caracterizar o mundo globalizado. Para que essa mudança se concretizasse era preciso consolidar um sistema mundial, conectado em redes, e capaz de transmitir dados e vozes em velocidades cada vez maiores e com melhores qualidades. Uma nova tecnologia passou a converter os dados digitalizados com a maior velocidade possível, por meio de um sistema no qual a informação é basicamente canalizada. Isso tornou as conexões na internet mais rápidas, diminuindo o tempo para transferências e cópias de arquivos. As vias utilizadas nesse tipo de transmissão de informação e o fenômeno físico fundamental para seu funcionamento são, respectivamente, a) os sinais de satélite e a reflexão interna total. b) as fibras ópticas e a difração. c) os sinais de rádio e a reflexão de ondas. d) as fibras ópticas e a reflexão interna total. e) os sinais de satélite e a difração. 10. (Enem PPL 2013) A banda larga brasileira é lenta. No Japão já existem redes de fibras ópticas, que permitem acessos à internet com velocidade de 1 gigabit por segundo (Gbps), o suficiente para baixar em um minuto, por exemplo, 80 filmes. No Brasil a maioria das conexões ainda é de 1 megabit por segundo (Mbps), ou seja, menos de um milésimo dos acessos mais rápidos do Japão. A fibra óptica é composta basicamente de um material dielétrico (sílica ou plástico), segundo uma estrutura cilíndrica, transparente e flexível. Ela é formada de uma região central envolta por uma camada, também de material dielétrico, com índice de refração diferente ao do núcleo. A transmissão em uma fibra óptica acontecerá de forma correta se o índice de refração do núcleo, em relação ao revestimento, for a) superior e ocorrer difração. b) superior e ocorrer reflexão interna total. c) inferior e ocorrer reflexão interna parcial. d) inferior e ocorrer interferência destrutiva. e) inferior e ocorrer interferência construtiva. Página 4 de 8

5 11. (Ufmg 2013) Ariete deseja estudar o fenômeno da dispersão da luz branca, ou seja, a sua decomposição em várias cores devido à dependência do índice de refração do material com a frequência. Para isso, ela utiliza um prisma de vidro cuja seção reta tem a forma de um triângulo retângulo isósceles. O índice de refração desse vidro é n 1,50 para a luz branca e varia em torno desse valor para as várias cores do espectro visível. Ela envia um feixe de luz branca em uma direção perpendicular a uma das superfícies do prisma que formam o ângulo reto, como mostrado na figura. (Dados: sen 45 cos 45 0,707.) a) COMPLETE, na figura, a trajetória do feixe até sair do prisma. b) EXPLIQUE, detalhando seu raciocínio, o que acontece com esse feixe na superfície oposta ao ângulo reto. c) Ariete observa a dispersão da luz branca nesse experimento? JUSTIFIQUE sua resposta. Página 5 de 8

6 Gabarito: Resposta da questão 1: Quando é dito que a escova de dentes é iluminada pela luz do dia, entende-se que é a luz branca. A razão de percebermos a cor azul é que o material que a escova é feita reflete somente a frequência da luz branca referente a cor azul. É dito também no enunciado que as cerdas são incolores (transparentes) e quando a escova é iluminada pela luz do dia, percebe-se estas cerdas na cor azul. Um material que ocorre um fenômeno parecido é a fibra ótica, cujo a qual seu princípio de funcionamento baseia-se no fenômeno da reflexão total. Resposta da questão 2: Para ocorrer a reflexão total, de acordo com a Lei de Snell, o valor do seno do ângulo θ deve ser maior ou igual a razão entre os índices de refração do meio menos refringente para o meio mais refringente. Tomando o meio (1) como sendo a água e o meio (2) o ar, temos: n senθ n sen r 1 2 Como sen r 90º 1 n senθ 2 n1 1,0 senθ 1,5 2 senθ 3 Com isso, a única resposta possível é 45. Resposta da questão 3: [C] [I] Correta. Para haver reflexão total a primeira condição é que o sentido de propagação da luz seja do meio mais refringente para o menos refringente. [II] Correta. A segunda condição para haver reflexão total é que o ângulo de incidência seja maior que o ângulo limite. [III] Incorreta. Essa não é uma condição para haver reflexão total. Resposta da questão 4: [I] Incorreta. Para ocorrer reflexão total, a primeira condição é que o sentido de propagação da luz seja do meio mais refringente para o menos refringente. [II] Incorreta. Para ocorrer reflexão total, a segunda condição é que o ângulo de incidência no meio mais refringente seja maior que o ângulo limite. [III] Correta. A expressão do ângulo limite (L) é: nmenor ncasca L arc sen L arc sen. nmaior nnúcleo [IV] Correta. Se ocorre reflexão total, não há refração. Página 6 de 8

7 Resposta da questão 5: Nos cabos de fibra ótica, a luz sofre o fenômeno da reflexão total e sua velocidade de operação é: Δs km v v v km / s Δt 0,195 s Resposta da questão 6: [A] A figura ilustra a situação mostrando dois raios de luz recebidos pelo observador. O raio 1 por incidência direta e o raio 2, após reflexão total nas camadas de ar próximas do chão quente. Resposta da questão 7: [A] Calculando o ângulo limite (L): nvácuo 1 sen L L 30. nmat 2 A reflexão total somente ocorre quando o sentido de propagação da luz é do meio mais para o menos refringente, ou seja, do material para o vácuo. Resposta da questão 8: [D] A figura ilustra o fenômeno ocorrido. Aplicando a Lei de Snell para o dioptro ar-água: nágua seni nar sen90 seni 1 1 seni seni Da tabela dada: i = 48,6 tgi = 1,13. Página 7 de 8

8 Mas, da figura: R 2,26 2,26 tgi 1,13 h h 2 m. h h 1,13 Ainda da figura, a parte visível da haste (y) é: y h H y H h 2,5 2 y 0,5 m. Em valores percentuais: 0,5 50 y(%) 100 2,5 2,5 y(%) 20%. Resposta da questão 9: [D] O texto cita:... de um sistema no qual a informação é basicamente canalizada. A canalização de informações dá-se através da reflexão total interna em fibras ópticas. Resposta da questão 10: Na fibra óptica, a luz fica confinada no interior do núcleo, sem penetrar na casca, sendo conduzida por reflexão total, fenômeno que somente é possível quando o sentido de propagação da luz é do meio mais refringente para o menos refringente. Portanto, o índice de refração do núcleo é maior que o da casca. Resposta da questão 11: Considerando o prisma imerso no ar, temos os seguintes dados: n ar = 1; n = 1,5; sen 45 = cos 45 = 0,707. a) Na primeira face, a incidência é normal, portanto não há desvio do raio. Na segunda face ocorre reflexão total, como ilustra a figura. b) Calculando o ângulo limite (L) para a segunda face: nar 1 sen L sen L 0,67. n 1,5 A refração na interface de dois meios somente acontece se sen i < sen L. No caso, comparando: sen i = sen 45 = 0,707 e sen L = 0,67. Concluímos que sen i > sen L. Logo, ocorre reflexão total. c) Como na reflexão não há dispersão da luz, e na refração com incidência normal também não ocorre esse fenômeno, Ariete não observa dispersão da luz nesse experimento. Página 8 de 8