PRINCIPAIS CONCEITOS EXERCÍCIOS

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1 PRINCIPAIS CONCEITOS EXERCÍCIOS 1) Um raio de luz monocromático se propaga no vidro com velocidade km/s. Sendo a velocidade da luz no vácuo km/s, o índice de refração do vidro para este tipo de luz é: (A)2,5 (B)3,0 (C)1,5 (D)1,0 2) Quando um raio de luz incide na superfície de separação de dois meios x e y, vinda do meio x para o meio y, ela sofre refração. Sabendo-se que o índice de refração do meio x é maior que o índice de refração do meio y, podemos afirmar que o raio refratado: (A) se afasta da normal. (B) se aproxima da normal. (C) incide pela normal. (D) não sofre desvio.

2 3) (FGV) Na figura, S 1 e S 2 são superfícies de separação de meios transparentes. A trajetória do raio de luz representada na figura indica que ela: a) se reflete em S 1 e S 2. b) se refrata em S 1 e S 2. c) sofre apenas uma refração em S 2. d) se reflete em S 1 e se refrata em S 2. e) se refrata em S 1 e se reflete em S 2. 4) A fibra óptica tem índice de refração e está imersa no ar, onde o índice de refração é 1. Determine o valor mínimo do ângulo de incidência i para que essa fibra óptica possa transmitir luz exclusivamente por reflexão. 5) Suponhamos que um pescador queira fisgar de fora da água um peixe com um arpão. Se o pescador jogar o arpão obliquamente, ele deve visar: a) uma posição acima daquela em que vê a peixe. b) diretamente a posição em que vê opeixe. c) uma posição abaixo daquela em que vê o peixe. d) uma posição abaixo da posição real do peixe. e) uma posição acima da posição real do peixe

3 6) Um tijolo encontra-se no fundo de uma piscina na qual a profundidade da água é 2,8m. O índice de refração absoluto da água é 4/3. Um observador fora da água, na vertical que passa pelo objeto, visa o mesmo. Determinar a elevação aparente do tijolo. a) 0,30m b) 0,60m c) 0,90m d) 0,70m e) 0.80m 7) (UFBA) Um helicóptero faz um vôo de inspeção sobre as águas transparentes de uma certa região marítima e detecta um submarino a uma profundidade aparente de 450m no momento em que seus centros estão unidos pela mesma vertical. O índice de refração absoluto da água do mar é 1,5 e o do ar é 1,0. Determinar a profundidade do submarino. a) 375m b) 625m c) 675m d) 700m e) 325m 8) (UFRS) Um raio de luz, proveniente da esquerda, incide sobre uma lâmina de vidro de faces paralelas, imersa no ar, com ângulo de incidência i 1 na interface ar-vidro. Depois de atravessar a lâmina, ele emerge do vidro com ângulo r 2. O trajeto do raio luminoso está representado na figura, onde o ângulo r 1 designa o ângulo de refração no vidro, e i 1, o ângulo de incidência na interface vidro-ar. Nessa situação, pode-se afirmar que: a) i1 = r2 b) i1 > r2 c) i2 < r1 d) i1 = i2 e) i2 < i1 9) (UFPA) O desvio angular sofrido por um raio de luz que incide segundo o ângulo de 60 com a normal à superfície de uma lâmina de faces paralelas, após atravessá-la é de: a) 0 b) 15 c) 30 d) 60 e) 120

4 10) (FUVEST-SP) Um raio luminoso proveniente do ar atinge uma lâmina de vidro de faces paralelas com 8,0 cm de espessura e 1,5 de índice de refração. Este raio sofre refração e reflexão ao atingir a primeira superfície, e sofre novamente refração e reflexão ao atingir a segunda superfície (interna). a) Trace as trajetórias dos raios: incidente, refratados e refletidos b) Determine o tempo para o raio refrato atravessar a lâmina, sendo o seno do ângulo de incidência 0,9. Considere: C=3, m/s e n (ar) =1,0. 11) (Unicamp ª fase) A informação digital de um CD é armazenada em uma camada de gravação que reside abaixo de uma camada protetora, composta por um plástico de 1,2 mm de espessura. A leitura da informação é feita através de um feixe de laser que passa através de uma lente convergente e da camada protetora para ser focalizado na camada de gravação, conforme representa a figura abaixo. Nessa configuração, a área coberta pelo feixe na superfície do CD é relativamente grande, reduzindo os distúrbios causados por riscos na superfície. a) Considere que o material da camada de proteção tem índice de refração n = 1,5, e que o ângulo de incidência do feixe é de 30º em relação ao eixo normal à superfície do CD. Usando a Lei de Snell, n1. sen(θ1) = n2. sen(θ2), calcule o raio R do feixe na superfície do CD. Considere R = 0 no ponto de leitura. b) Durante a leitura, a velocidade angular de rotação do CD varia conforme a distância do sistema ótico de leitura em relação ao eixo de rotação. Isso é necessário para que a velocidade linear do ponto de leitura seja constante. Qual deve ser a razão entre a velocidade angular de rotação do CD quando o sistema ótico está na parte central, de raio r1 = 2,0 cm, e velocidade angular de rotação do CD quando o mesmo está na parte externa, de raio r2 =10 cm?

5 12) (Unicamp ª fase) A radiação Cerenkov ocorre quando uma partícula carregada atravessa um meio isolante com uma velocidade maior do que a velocidade da luz nesse meio. O estudo desse efeito rendeu a Pavel A. Cerenkov e colaboradores o prêmio Nobel de Física de Um exemplo desse fenômeno pode ser observado na água usada para refrigerar reatores nucleares, em que ocorre a emissão de luz azul devido às partículas de alta energia que atravessam a água. a) Sabendo-se que o índice de refração da água é n = 1,3, calcule a velocidade máxima das partículas na água para que não ocorra a radiação Cerenkov. A velocidade da luz no vácuo é c = 3,0 108 m/s. b) A radiação Cerenkov emitida por uma partícula tem a forma de um cone, como está ilustrado na figura abaixo, pois a sua velocidade, vp, é maior do que a velocidade da luz no meio, l v. Sabendo que o cone formado tem um ângulo θ = 50º e que a radiação emitida percorreu uma distância d = 1,6 m em t = 12 ns, calcule vp. Dados: cos 50º = 0,64 e sen 50º = 0,76. 13) (Unicamp ª fase)

6 14) Um dos discos clássicos do rock, o álbum The Dark Side of the Moon, do grupo inglês Pink Floyd, lançado em 1973, traz em sua capa uma bonita figura da luz branca sendo decomposta em um prisma óptico, o que caracteriza o fenômeno da dispersão. Pelo que se conclui da ilustração, o prisma é de vidro (ou de material semelhante) e está imerso no ar. Cada freqüência do espectro da luz branca sofre um desvio diferente na travessia do prisma, permitindo a obtenção de um feixe policromático no qual se distinguem as cores fundamentais presentes, também, num arco-íris. A respeito do fenômeno da dispersão da luz no prisma, analise as alternativas abaixo e aponte a correta: a) A cor que menos se desvia é a violeta, pois ao refratar-se do ar para o vidro e do vidro para o ar, sofre maior variação no comprimento de onda que as demais cores; b) O desvio sofrido por cada uma das cores componentes do espectro da luz branca é determinado pela variação de freqüência que cada uma delas sofre na refração do ar para os vidro e do vidro para o ar; c) O diferente desvio sofrido por cada uma das cores componentes do espectro da luz branca é determinado pelo índice de refração que o vidro apresenta para cada freqüência, isto é, para a luz violeta ele apresenta maior índice de refração que para a luz vermelha; d) A cor que mais se desvia é a violeta, pois ao refratar-se do ar para o vidro, sofre menor variação de velocidade de propagação que as demais cores; e) Na travessia do prisma, a cor de maior freqüência sofre o menor desvio, enquanto que a cor de menor freqüência sofre o maior desvio; 15) (UEL - LONDRINA) A figura abaixo representa um raio de luz que atravessa um prisma. O desvio sofrido por esse raio de luz, em graus, vale: a) 20 b) 30 c) 50 d) 60 e) 90

7 16) (UEPG - RS) Se fizermos incidir sobre um prisma um fino feixe de luz branca, veremos emergir do outro lado um feixe de luz colorido e mais espesso, que nos lembra um arco-íris. Com relação a esse fenômeno, que é chamado de dispersão da luz, assinale a alternativa que contém uma afirmação incorreta: a) A luz branca é uma combinação das cores do espectro. b) O índice de refração absoluto do prisma é único para todas as cores. c) As cores do espectro são puras. d) O índice de refração absoluto do prisma é diferente e maior para luz violeta do que para luz vermelha. e) O índice de refração absoluto do prisma é maior para luz violeta do que para luz vermelha. 17) (UFM 99) Para explicar a formação do arco-íris, os livros didáticos de Física frequentemente apresentam uma figura como a que vem a seguir, na qual está representada uma gota d'água em suspensão no ar. Um raio de luz branca está incidindo sobre a gota, e raios das várias cores que compõem o arco-íris estão dela emergindo. (Para não sobrecarregar a figura, são representados apenas os raios emergentes das cores violeta e vermelha.) Pode-se concluir, dessa representação, que o fenômeno do arco-íris ocorre porque o índice de refração varia com a cor da luz e cada cor componente do raio de luz branca incidente sobre a gota d'água sofre, de acordo com os raios mostrados, a seguinte seqüência de fenômenos: a) uma reflexão, uma refração e uma segunda reflexão. b) uma refração, uma reflexão e uma segunda refração. c) uma refração, uma segunda refração e uma reflexão. d) uma reflexão, uma segunda reflexão e uma refração.

8 18) (FUVEST ª fase) Luz proveniente de uma lâmpada de vapor de mercúrio incide perpendicularmente em uma das faces de um prisma de vidro de ângulos 30º, 60º e 90º, merso no ar, como mostra a figura abaixo. A radiação atravessa o vidro e atinge um anteparo. Devido ao fenômeno de refração, o prisma separa as diferentes cores que compõem a luz da lâmpada de mercúrio e observam-se, no anteparo, linhas de cor violeta, azul, verde e amarela. Os valores do índice de refração n do vidro para as diferentes cores estão dados abaixo. a) Calcule o desvio angular α, em relação à direção de incidência, do raio de cor violeta que sai do prisma. b) Desenhe, na figura da página de respostas, o raio de cor violeta que sai do prisma. c) Indique, na representação do anteparo na folha de respostas, a correspondência entre as posições das linhas L1, L2, L3 e L4 e as cores do espectro do mercúrio.

9 19) (FUVEST) Um feixe de luz branca incide perpendicularmente em uma das faces menores de um prisma, cuja secção principal é um triângulo retângulo e isósceles. O prisma está imerso no ar e é constituído de um material transparente, que apresenta, para as sete radiações monocromáticas caracterizadas por sua cor, o índice de refração absoluto n, indicado na tabela abaixo: violeta... 1,48 anil... 1,46 azul... 1,44 verde... 1,42 amarelo... 1,40 alaranjado... 1,39 vermelho... 1,38 Valores numéricos de alguns senos: Observa-se que nem todas as radiações atingem um anteparo destinado a receber o espectro. Quais as cores recebidas no anteparo? Justifique sua resposta.