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3 Física 3 Tetra Medicina (conteúdo estudado) TEMA A Termofísica: TEMA B Óptica Geométrica: TEMA C Ondulatória

4 ÓPTICA GEOMÉTRICA

5 a Os espelhos retrovisores, que deveriam auxiliar os motoristas na hora de estacionar ou mudar de pista, muitas vezes causam problemas. É que o espelho retrovisor do lado direito, em alguns modelos, distorce a imagem, dando a impressão de que o veículo está a uma distância maior do que a real. Este tipo de espelho, chamado convexo, é utilizado com o objetivo de ampliar o campo visual do motorista, já que no Brasil se adota a direção do lado esquerdo e, assim, o espelho da direita fica muito mais distante dos olhos do condutor. Disponível em: Acesso em: 3 nov (adaptado). Sabe-se que, em um espelho convexo, a imagem formada está mais próxima do espelho do que este está do objeto, o que parece estar em conflito com a informação apresentada na reportagem. Essa aparente contradição é explicada pelo fato de a) a imagem projetada na retina do motorista ser menor do que o objeto. b) a velocidade do automóvel afetar a percepção da distância. c) o cérebro humano interpretar como distante uma imagem pequena. d) o espelho convexo ser capaz de aumentar o campo visual do motorista. e) o motorista perceber a luz vinda do espelho com a parte lateral do olho.

6 a Os espelhos retrovisores, que deveriam auxiliar os motoristas na hora de estacionar ou mudar de pista, muitas vezes causam problemas. É que o espelho retrovisor do lado direito, em alguns modelos, distorce a imagem, dando a impressão de que o veículo está a uma distância maior do que a real. Este tipo de espelho, chamado convexo, é utilizado com o objetivo de ampliar o campo visual do motorista, já que no Brasil se adota a direção do lado esquerdo e, assim, o espelho da direita fica muito mais distante dos olhos do condutor. Disponível em: Acesso em: 3 nov (adaptado). Sabe-se que, em um espelho convexo, a imagem formada está mais próxima do espelho do que este está do objeto, o que parece estar em conflito com a informação apresentada na reportagem. Essa aparente contradição é explicada pelo fato de a) a imagem projetada na retina do motorista ser menor do que o objeto. b) a velocidade do automóvel afetar a percepção da distância. c) o cérebro humano interpretar como distante uma imagem pequena. d) o espelho convexo ser capaz de aumentar o campo visual do motorista. e) o motorista perceber a luz vinda do espelho com a parte lateral do olho. Resolução Espelhos retrovisores formam imagens sempre virtuais, direitas e menores do que o objeto. Isso confunde o cérebro acostumado com a ideia de que quanto mais longe, menor nos parece. Ao ver uma imagem reduzida, o cérebro entende que o objeto está mais distante.

7 Uma proposta de dispositivo capaz de indicar a qualidade da gasolina vendida em postos e, consequentemente, evitar fraudes, poderia utilizar o conceito de refração luminosa. Nesse sentido, a gasolina não adulterada, na temperatura ambiente, apresenta razão entre os senos dos raios incidente e refratado igual a 1,4. Desse modo, fazendo incidir o feixe de luz proveniente do ar com um ângulo fixo e maior que zero, qualquer modificação no ângulo do feixe refratado indicará adulteração no combustível. Em uma fiscalização rotineira, o teste apresentou o valor de 1,9. Qual foi o comportamento do raio refratado? a) Mudou de sentido. b) Sofreu reflexão total. c) Atingiu o valor do ângulo limite. d) Direcionou-se para a superfície de separação. e) Aproximou-se da normal à superfície de separação.

8 Uma proposta de dispositivo capaz de indicar a qualidade da gasolina vendida em postos e, consequentemente, evitar fraudes, poderia utilizar o conceito de refração luminosa. Nesse sentido, a gasolina não adulterada, na temperatura ambiente, apresenta razão entre os senos dos raios incidente e refratado igual a 1,4. Desse modo, fazendo incidir o feixe de luz proveniente do ar com um ângulo fixo e maior que zero, qualquer modificação no ângulo do feixe refratado indicará adulteração no combustível. Em uma fiscalização rotineira, o teste apresentou o valor de 1,9. Qual foi o comportamento do raio refratado? a) Mudou de sentido. b) Sofreu reflexão total. c) Atingiu o valor do ângulo limite. d) Direcionou-se para a superfície de separação. e) Aproximou-se da normal à superfície de separação. Resolução Pela Lei de Snell-Descartes: n ar.seni n gas.senr 1.seni n gas.senr Logo, para a gasolina não adulterada: seni ngas 1,4 senr A gasolina não adulterada é mais refringente que o ar. Logo, quando o raio de luz passa do ar para a gasolina, aproxima-se da normal. Se o índice de refração for aumentando de 1,4 para 1,9 pela adulteração da gasolina, o raio de luz sofrerá maior desvio, ou seja, vai se aproximar ainda mais da normal.

9 Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresenta valor negativo do índice de refração relativo para a luz visível. Denomina-se metamaterial um material óptico artificial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz, o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais. Esse material tem sido chamado de canhoto. Disponível em: Acesso em: 28 abr (adaptado). Considerando o comportamento atípico desse metamaterial, qual é a figura que representa a refração da luz ao passar do ar para esse meio? a) b) c) d) e)

10 Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresenta valor negativo do índice de refração relativo para a luz visível. Denomina-se metamaterial um material óptico artificial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz, o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais. Esse material tem sido chamado de canhoto. Disponível em: Acesso em: 28 abr (adaptado). Considerando o comportamento atípico desse metamaterial, qual é a figura que representa a refração da luz ao passar do ar para esse meio? a) b) c) d) e) Resolução Num material convencional, o raio refratado está no meio oposto ao meio de incidência e sempre no quadrante diagonal, como mostra a figura c. Num metamaterial, material canhoto, o raio também refrata, ou seja, atravessa para o outro meio. Mas não vai para o quadrante oposto e sim para o quadrante ao lado daquele em que se encontra o raio incidente, como em d.

11 Alguns povos indígenas ainda preservam suas tradições realizando a pesca com lanças, demonstrando uma notável habilidade. Para fisgar um peixe em um lago com águas tranquilas o índio deve mirar abaixo da posição em que enxerga o peixe. Ele deve proceder dessa forma porque os raios de luz a) refletidos pelo peixe não descrevem uma trajetória retilínea no interior da água. b) emitidos pelos olhos do índio desviam sua trajetória quando passam do ar para a água. c) espalhados pelo peixe são refletidos pela superfície da água. d) emitidos pelos olhos do índio são espalhados pela superfície da água. e) refletidos pelo peixe desviam sua trajetória quando passam da água para o ar.

12 Alguns povos indígenas ainda preservam suas tradições realizando a pesca com lanças, demonstrando uma notável habilidade. Para fisgar um peixe em um lago com águas tranquilas o índio deve mirar abaixo da posição em que enxerga o peixe. Ele deve proceder dessa forma porque os raios de luz a) refletidos pelo peixe não descrevem uma trajetória retilínea no interior da água. b) emitidos pelos olhos do índio desviam sua trajetória quando passam do ar para a água. c) espalhados pelo peixe são refletidos pela superfície da água. d) emitidos pelos olhos do índio são espalhados pela superfície da água. e) refletidos pelo peixe desviam sua trajetória quando passam da água para o ar. Resolução A figura abaixo mostra a situação em que a luz que ilumina o peixe (objeto) e por ele é refletida sofre refração, ou seja, passa da água (mais refringente) para o ar (menos refringente), afastando -se da direção normal. A imagem se forma mais perto da superfície da água.

13 PPL A fotografia feita sob luz polarizada é usada por dermatologistas para diagnósticos. Isso permite ver detalhes da superfície da pele que não são visíveis com o reflexo da luz branca comum. Para se obter luz polarizada, pode-se utilizar a luz transmitida por um polaroide ou a luz refletida por uma superfície na condição de Brewster, como mostra a figura. Nessa situação, o feixe da luz refratada forma um ângulo de 90 º com o feixe da luz refletida, fenômeno conhecido como Lei de Brewster. Nesse caso, o ângulo da incidência q p, também chamado de ângulo de polarização, e o ângulo de refração q r estão em conformidade com a Lei de Snell. Considere um feixe de luz não polarizada proveniente de um meio com índice de refração igual a 1, que incide sobre uma lâmina e faz um ângulo de refração q r de 30 o. Nessa situação, qual deve ser o índice de refração da lâmina para que o feixe refletido seja polarizado? 3 1 a) 3 b) c) 2 d) e)

14 PPL A fotografia feita sob luz polarizada é usada por dermatologistas para diagnósticos. Isso permite ver detalhes da superfície da pele que não são visíveis com o 60 o reflexo da luz branca comum. Para se obter luz polarizada, 30 pode-se utilizar a luz transmitida por um polaroide ou a luz o refletida por uma superfície na condição de Brewster, como mostra a figura. Nessa situação, o feixe da luz 60 o refratada forma um ângulo de 90 º com o feixe da luz refletida, fenômeno conhecido como Lei de Brewster. 30 o Nesse caso, o ângulo da incidência q p, também chamado de ângulo de polarização, e o ângulo de refração q r estão em conformidade com a Lei de Snell. Considere um feixe de luz não polarizada proveniente de um meio com índice de refração igual a 1, que incide sobre uma lâmina e faz um ângulo de refração q r de 30 o. Nessa situação, qual deve ser o índice de refração da lâmina para que o feixe refletido seja polarizado? 3 1 a) 3 b) c) 2 d) e) 3 2 Resolução o o 3 1 n meio.sen qp n Lâ mina.sen qr 1.sen60 n Lâ mina.sen30 1. n Lâ mina n 3 Lâmina

15 PPL 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.

16 PPL 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. Resolução A figura ilustra uma situação em que dois raios de luz que partem de um mesmo objeto (automóvel) chegam aos olhos do observador. O raio 1 chega por incidência direta e o raio 2 chega ao observador após reflexão total nas camadas de ar próximas do chão quente. A reflexão cria uma imagem invertida do objeto, como se no piso existisse uma poça d água, criando o efeito miragem.

17 PPL 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.

18 PPL 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. Resolução Condições para ocorrência da Reflexão Interna Total: Ângulo de incidência maior do que o ângulo limite: i > L O raio de luz ir do meio mais para o meio menos refringente. No caso da fibra, do meio mais refringente (núcleo) para o menos refringente (camada externa ou casca).

19 Para que uma substância seja colorida ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A Figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima. Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2): o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima. Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da Figura 1? a) Azul b) Verde c) Violeta d) Laranja e) Vermelho

20 Para que uma substância seja colorida ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A Figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima. Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2): o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima. Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da Figura 1? a) Azul b) Verde c) Violeta d) Laranja e) Vermelho Resolução Na figura 1 constatamos que a máxima absorção ocorre para 500 nm; Na figura 2, roda de cores, descobrimos que 500 nm corresponde à cor verde; A cor oposta ao verde na roda de cores é o vermelho.

21 A figura abaixo mostra um eclipse solar no instante em que é fotografado em cinco diferentes pontos do planeta. Três dessas fotografias estão reproduzidas abaixo. As fotos poderiam corresponder, respectivamente, aos pontos: a) III, V e II b) II, III e V c) II, IV e III d) I, II e III e) I, II e V

22 A figura abaixo mostra um eclipse solar no instante em que é fotografado em cinco diferentes pontos do planeta. Três dessas fotografias estão reproduzidas abaixo. As fotos poderiam corresponder, respectivamente, aos pontos: a) III, V e II b) II, III e V c) II, IV e III d) I, II e III e) I, II e V Resolução Onde o cone de sombra (ou umbra) da Lua toca a Terra temos um eclipse total. A primeira foto mostra o disco solar quase que totalmente encoberto, ou seja, quase um eclipse total. Logo, ela deve ter sido feita de um ponto bem próximo da região de eclipse total. Pela primeira figura, a primeira foto corresponde à posição III. Como só tem uma alternativa que começa com III, a resposta é A.

23 10 proposto As duas fotografias mostram um homem que possui uma ametropia (ou defeito de visão). Numa das fotos ele aparece sem óculos e na outra com os óculos que corrigem plenamente o seu defeito de visão. São feitas as afirmações: I) As lentes corretivas são divergentes. II) As lentes corretivas, feitas de material mais refringente do que o ar, podem ser do tipo côncavo-convexa. III) O homem das fotos pode ter hipermetropia ou presbiopia também conhecida como vista cansada. Dentre as afirmações dadas, pode-se dizer que está(ão) correta(s) apenas: a) I b) I e II c) II d) II e III e) III

24 10 proposto As duas fotografias mostram um homem que possui uma ametropia (ou defeito de visão). Numa das fotos ele aparece sem óculos e na outra com os óculos que corrigem plenamente o seu defeito de visão. São feitas as afirmações: I) As lentes corretivas são divergentes. II) As lentes corretivas, feitas de material mais refringente do que o ar, podem ser do tipo côncavo-convexa. III) O homem das fotos pode ter hipermetropia ou presbiopia também conhecida como vista cansada. Dentre as afirmações dadas, pode-se dizer que está(ão) correta(s) apenas: a) I b) I e II c) II d) II e III e) III Resolução I) Incorreta. As lentes produzem imagens ampliadas do olho do homem, o que caracteriza que funcionam como lupa, ou seja, são convergentes. II) Correta. Lente de material mais refringente que o meio externo é convergente se for de bordas finas, ou seja, se for uma lente convexa (biconvexa, plano-convexa ou côncavo-convexa). III) Correta. Lentes convergentes corrigem hipermetropia e presbiopia.

25 11 proposto Um estudante encontrou numa gaveta de sua casa um par de lentes usadas que pertenceram aos óculos do seu avô. Utilizando uma pequena lanterna como objeto, conseguiu projetar diferentes imagens numa parede do seu quarto escurecido. Para tanto, variou a distância entre a lanterna e a lente (d o ) e foi ajustando a distância entre a lente e a parede (d i ) até que as imagens ficassem bem nítidas. Cuidadoso, anotou as medidas numa tabela aqui reproduzida onde também aparecem d o (cm) d i (cm) imagem 300,0 21,4 reduzida 150,0 23,1 reduzida 50,0 33,3 reduzida 40,0 40,0 mesmo tamanho 30,0 60,0 ampliada 20,0? sumiu 10,0? sumiu 5,0? sumiu informações sobre o tamanho da imagem observada. Usando o que ele aprendeu sobre lentes na escola, o estudante descobriu que as lentes do avô tinham: a) -5 graus b) + 5 graus c) 20 graus d) + 20 graus e) + 1,75 graus Resolução A lente forma imagens que podem ser projetadas. Logo, são imagens reais. Só lentes convergente formam imagens reais. Logo, as lentes devem ter graus positivos. Observando a tabela notamos que d o = 40 cm = d i. Sabemos que isso acontece quando o objeto encontra-se sobre A o e a imagem sobre A i (com mesmo tamanho do objeto) Logo, f = 40/2 = 20 cm, valor confirmado pela tabela porque para d o = f = 20 cm a imagem some, ou seja, o objeto está sobre o foco e a imagem é imprópria (foi para o infinito). Daí para frente, para d o < f, a imagem será virtual e não poderá mais ser projetada. Para o aluno a imagem, de fato, sumiu. Cálculo da convergência da lente: C 5 di f 20 cm 0,2 m

26 12 proposto A ONU decretou que em 2015 será comemorado o IYL - Ano Internacional da Luz, chamando a atenção da humanidade para a importância da luz e das tecnologias ligadas à ela. Antecipando as comemorações, o prêmio Nobel de Física 2014 foi dado para três pesquisadores japoneses que criaram o LED azul, muito importante na produção de luz semelhante à luz solar natural ou luz branca. A vantagem do LED sobre outras fontes de luz é a eficiência. O LED é capaz de entregar bastante energia na forma de luz a partir de um menor consumo de energia. A figura anexa, original do site nobelprize.org e traduzida pelo blog Física na Veia!, compara a quantidade de luz entregue em lm (lumens) por W (watt) de potência consumida para quatro diferentes fontes de luz. São feitas as afirmações: I) A luz branca é composta por uma mistura de radiação eletromagnética de todas as cores visíveis, do vermelho ao violeta. II) A lâmpada incandescente aquece bastante, dissipando muita energia na emissão de radiação ultravioleta. III) Uma lâmpada LED consome apenas 1 J a cada segundo para entregar um fluxo luminoso de 300 lumens. Uma lâmpada incandescente, para entregar o mesmo fluxo luminoso, deveria consumir, a cada segundo, 18,75 J de energia elétrica.. Dentre as armações dadas, pode-se dizer que está(ão) correta(s) apenas: a) I b) I e III c) II d) II e III e) III

27 12 proposto Resolução A ONU decretou que em 2015 será comemorado o I) IYL Correta. - Ano Essa Internacional é a própria da definição Luz, chamando de luz a branca. atenção da humanidade para a importância da luz e das tecnologias ligadas à ela. Antecipando as II) comemorações, Incorreta. A lâmpada o prêmio incandescente Nobel de Física dissipa 2014 foi muita dado energia para três na forma pesquisadores de calor pela japoneses emissão na que faixa criaram do infravermelho o LED azul, muito e não importante do ultravioleta. na emissão III) de Correta. luz semelhante A lâmpada à luz LED solar tem natural um fluxo ou luz luminoso branca. de A vantagem 300 lm para do cada LED sobre W, ou outras seja, para fontes cada de 1 luz J consumido é a eficiência. a cada O LED 1 é segundo. capaz de A entregar lâmpada bastante incandescente energia na fornece forma apenas de luz a 16 partir lm de para um cada menor J consumido consumo de por energia. segundo. A figura 300/16 anexa, = 18,75. original Para do entregar prêmio 300 Nobel lm de a lâmpada Física e traduzida incandescente pelo blog iria consumir Física na 18,75 Veia!, vezes compara mais energia, a quantidade ou seja, de 18,75 luz J entregue a cada segundo. em lm (lumens) por W (watt) de potência consumida para quatro diferentes fontes de luz. São feitas as afirmações: I) A luz branca é composta por uma mistura de radiação eletromagnética de todas as cores visíveis, do vermelho ao violeta. II) A lâmpada incandescente não é eficiente pois aquece bastante, dissipando muita energia na emissão de radiação ultravioleta. III) Uma lâmpada LED consome apenas 1 J a cada segundo para entregar um fluxo luminoso de 300 lumens. Uma lâmpada incandescente, para entregar o mesmo fluxo luminoso, deveria consumir, a cada segundo, 18,75 J de energia elétrica. Dentre as afirmações dadas, pode-se dizer que está(ão) correta(s) apenas: a) I b) I e III c) II d) II e III e) III