a) I b) II c) III d) IV e) V

Transcrição

1 1. (Cesgranrio 1991) Sobre uma lente semiesférica de vidro incide um raio de luz, cuja direção é paralela ao eixo óptico da lente. Qual dos raios (I, II, III, IV ou V) indicados na figura a seguir que melhor representa a trajetória, no interior da lente, do raio refratado que corresponde a este raio incidente? a) I b) II c) III d) IV e) V 2. (Unesp 1991) 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 Página 1 de 18

2 e) E 3. (Unesp 1992) A figura a seguir mostra um raio de luz monocromática propagando-se no ar e atingindo o ponto A da superfície de um paralelepípedo retângulo feito de vidro transparente. A linha pontilhada, normal à superfície no ponto de incidência do raio luminoso, e os três raios representados estão situados num mesmo plano paralelo a uma das faces do bloco. a) De acordo com a figura, que fenômenos estão ocorrendo no ponto A? b) O ângulo limite para um raio da luz considerada, quando se propaga desse vidro para o ar, é 42. Mostre o que acontecerá com o raio no interior do vidro ao atingir o ponto B. 4. (Unesp 1993) 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. 5. (Fei 1994) Um raio luminoso propaga-se no ar com velocidade c = m/s e com Página 2 de 18

3 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? a) b) c) 2 d) 1,73 e) 0,5 6. (Uel 1994) 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 Página 3 de 18

4 c) 1,00 d) 1,16 e) 1,23 7. (Ufmg 1995) O empregado de um clube está varrendo o fundo da piscina com uma vassoura que tem um longo cabo de alumínio. Ele percebe que o cabo de alumínio parece entortar-se ao entrar na água, como mostra a figura a seguir. Isso ocorre porque a) a luz do sol, refletida na superfície da água, interfere com a luz do sol refletida pela parte da vassoura imersa na água. b) a luz do sol, refletida pela parte da vassoura imersa na água, sofre reflexão parcial na superfície de separação água-ar. c) a luz do sol, refletida pela parte da vassoura imersa na água, sofre reflexão total na superfície de separação água-ar. d) a luz do sol, refletida pela parte da vassoura imersa na água, sofre refração ao passar pela superfície de separação água-ar. e) o cabo de alumínio sofre uma dilatação na água, devido à diferença de temperatura entre a água e o ar. 8. (Uel 1996) O esquema a seguir representa um raio de luz r 1 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 Página 4 de 18

5 3 a) 3 3 b) 2 2 c) 2 2 d) 3 e) (G1 1996) O fenômeno manifestado pela luz ao passar de um meio para outro é: a) difusão. b) reflexão. c) dispersão. d) refração. e) absorção. 10. (Ufpe 1996) 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? Página 5 de 18

6 a) (1,73) 2 c b) 1,73c c) c d) c/1,73 e) c/(1,73) (Mackenzie 1996) A figura a seguir mostra um raio luminoso monocromático que se propaga do ar para o acrílico. Se outro raio luminoso, de mesma frequência, atingir a superfície que separa os meios ar - acrílico, com ângulo de incidência de 60, o seno do ângulo de refração será igual a: 6 a) 6. 6 b) 3. c) 2 4. Página 6 de 18

7 6 d) 4. 2 e) (Ufu 2007) Um raio de luz (linha pontilhada da figura adiante) propagando-se no ar (índice de refração igual a 1) incide sobre o topo de um cubo de vidro, cujo lado é 8 cm, formando um ângulo á com a normal à superfície. O raio de luz emerge na base do bloco a uma distância de 6 cm à esquerda em relação à vertical do ponto de incidência, conforme figura a seguir. Sendo sen á = 0,9, o índice de refração deste vidro será de a) 1,5. b) 1,2. c) 1,125. d) 0, (G1 - utfpr 2007) Um raio luminoso se propaga no ar e refrata, passando a se propagar na água. Qual dos esquemas pode representar corretamente essa refração? Página 7 de 18

8 14. (Fgv 2008) Um feixe de luz monocromática, proveniente de um meio óptico A, incide sobre a superfície de separação desse meio com um meio óptico B. Após a incidência, o raio segue por entre os dois meios, não refletindo nem penetrando o novo meio. Com relação a esse acontecimento, analise: I. O meio óptico A tem um índice de refração maior que o meio óptico B. II. Em A, a velocidade de propagação do feixe é maior que em B. III. Se o ângulo de incidência (medido relativamente à normal à superfície de separação) for aumentado, o raio de luz reflete, permanecendo no meio A. IV. Se o raio de luz penetrasse o meio B, a frequência da luz monocromática diminuiria. Está correto o contido apenas em Página 8 de 18

9 a) I e III. b) II e III. c) II e IV. d) I, II e IV. e) I, III e IV. 15. (Enem 2010) 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) Página 9 de 18

10 d) e) 16. (Uff 2011) O fenômeno da miragem, comum em desertos, ocorre em locais onde a temperatura do solo é alta. Raios luminosos chegam aos olhos de um observador por dois caminhos distintos, um dos quais parece proveniente de uma imagem especular do objeto observado, como se esse estivesse ao lado de um espelho d água (semelhante ao da superfície de um lago). Um modelo simplificado para a explicação desse fenômeno é mostrado na figura abaixo. O raio que parece provir da imagem especular sofre refrações sucessivas em diferentes camadas de ar próximas ao solo. Esse modelo reflete um raciocínio que envolve a temperatura, densidade e índice de refração de cada uma das camadas. O texto a seguir, preenchidas suas lacunas, expõe esse raciocínio. A temperatura do ar com a altura da camada, provocando da densidade e do índice de refração; por isso, as refrações sucessivas do raio descendente fazem o ângulo de refração Página 10 de 18

11 até que o raio sofra reflexão total, acontecendo o inverso em sua trajetória ascendente até o olho do observador. Assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas. a) aumenta diminuição aumento diminuir b) aumenta diminuição diminuição diminuir c) diminui aumento aumento aumentar d) diminui aumento diminuição aumentar e) não varia diminuição diminuição aumentar 17. (Fuvest 2012) Uma fibra ótica é um guia de luz, flexível e transparente, cilíndrico, feito de sílica ou polímero, de diâmetro não muito maior que o de um fio de cabelo, usado para transmitir sinais luminosos a grandes distâncias, com baixas perdas de intensidade. A fibra ótica é constituída de um núcleo, por onde a luz se propaga e de um revestimento, como esquematizado na figura acima (corte longitudinal). Sendo o índice de refração do núcleo 1,60 e o do revestimento, 1,45, o menor valor do ângulo de incidência do feixe luminoso, para que toda a luz incidente permaneça no núcleo, é, aproximadamente, Note e adote (graus) sen cos 25 0,42 0, ,50 0, ,71 0, ,77 0, ,82 0,57 Página 11 de 18

12 60 0,87 0, ,91 0,42 n sen n sen a) 45º. b) 50º. c) 55º. d) 60º. e) 65º. 18. (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 12 de 18

13 19. (Ibmecrj 2013) Um raio de luz monocromática se propaga do meio A para o meio B, de tal forma que o ângulo de refração β vale a metade do ângulo de incidência α. Se o índice de refração do meio A vale 1 e o sen β 0,5, o índice de refração do meio B vale: a) 2 b) 3 c) 3 d) 0,75 e) 0,5 20. (Uerj 2013) Um raio luminoso monocromático, inicialmente deslocando-se no vácuo, incide de modo perpendicular à superfície de um meio transparente, ou seja, com ângulo de incidência igual a 0. Após incidir sobre essa superfície, sua velocidade é reduzida a 5 6 do valor no vácuo. sen θ1 θ1 Utilizando a relação para ângulos menores que 10, estime o ângulo de sen θ θ 2 2 refringência quando o raio atinge o meio transparente com um ângulo de incidência igual a 3. Página 13 de 18

14 Gabarito: Resposta da questão 1: [C] Resposta da questão 2: [C] Resposta da questão 3: a) Reflexão e Refração. b) Observe o esquema a seguir: Resposta da questão 4: 1,5. Resposta da questão 5: [D] Resposta da questão 6: [E] Resposta da questão 7: [D] Resposta da questão 8: [A] Resposta da questão 9: [D] Resposta da questão 10: [D] Página 14 de 18

15 Resposta da questão 11: [D] Resposta da questão 12: [A] Resposta da questão 13: [D] Resposta da questão 14: [A] Resposta da questão 15: [D] Nos materiais naturais, quando ocorre incidência oblíqua da luz, os raios incidente e refratado estão em meios diferentes e em quadrantes opostos, definidos pela superfície e pela normal a essa superfície. No metamaterial, esses raios estão em meios diferentes, mas em quadrantes adjacentes. Resposta da questão 16: [C] Página 15 de 18

16 O asfalto se aquece, aquecendo as camadas de ar próximas a ele; quanto mais baixa a camada, maior a sua temperatura. Por isso a temperatura do ar diminui com a altura da camada. O ar quente sobe, fazendo com que as camadas mais baixas se tornem mais rarefeitas. Portanto, há aumento da densidade com a altura da camada. Consequentemente, o índice de refração também sofre um aumento, sendo as camadas inferiores menos refringentes. A passagem de um raio de uma camada (+) refringente para outra ( ) refringente faz com que o raio se afaste da normal na trajetória descendente, fazendo aumentar o ângulo de refração, até atingir o ângulo limite e a reflexão total, acontecendo o inverso na trajetória ascendente. Resposta da questão 17: [E] Basta calcularmos o ângulo limite, que é o ângulo de incidência ( ) no meio mais refringente (núcleo) que provoca uma emergência rasante (90 ) no meio menos refringente (revestimento). Dados: n núcleo = 1,60; n revest = 1,45. Aplicando a lei de Snell: n 1,45 resvest nnúcleosen nrevestsen90 sen sen 0,91. nnúcleo 1,60 Consultando a tabela dada: = 65. Resposta da questão 18: 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. Página 16 de 18

17 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. Resposta da questão 19: [C] senβ 0,5 β 30 Como α 2β α 60 Pela Lei de Snell, podemos escrever: 3 1 na senα nb senβ 1 nb nb Página 17 de 18

18 Resposta da questão 20: A partir da Lei de Snell, temos: n1 senθ1 n2 senθ2 c c senθ1 senθ2 v1 v2 v2 senθ1 v1 senθ2 Em que c representa a velocidade da luz no vácuo. Como a velocidade da luz em um determinado meio independe do ângulo de incidência, temos: v1 5 c e v2 c 6 Substituindo na expressão acima: 5 c sen θ c sen θ 6 5 sen θ1 sen θ2 6 senθ1 6 senθ Como os ângulos de incidência e refração são menores do que 10º, a aproximação apresentada no texto é válida e, portanto: θ θ θ2 3.5 θ2 5 θ θ 2 2,5º Página 18 de 18