Exercícios REFRAÇÃO -3

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1 Exercícios REFRAÇÃO (Ufrgs 2015) Na figura abaixo, um raio luminoso i, propagando-se no ar, incide radialmente sobe placa semicircular de vidro. Assinale a alternativa que melhor representa a trajetória dos raios r 1 e r 2 refratados, respectivamente, no vidro e no ar. a) b) c) d) e) 2. (Fgv 2015) Em um laboratório de ótica, é realizada uma experiência de determinação dos índices de refração absolutos de diversos materiais. Dois blocos de mesmas dimensões e em forma de finos paralelepípedos são feitos de cristal e de certo polímero, ambos transparentes. Suas faces de maior área são, então, sobrepostas e um estreito feixe de luz monocromática incide vindo do ar e no ar emergindo após atravessar os dois blocos, como ilustra a figura. Chamando de n ar, n po e n cr aos índices de refração absolutos do ar, do polímero e do cristal, respectivamente, a correta relação de ordem entre esses índices, de acordo com a figura, é: a) nar npo n cr. b) ncr npo n ar. c) ncr nar n po. d) nar ncr n po. e) npo ncr n ar. 3. (Unisc 2015) Uma luz monocromática verde e uma luz monocromática violeta propagam-se

2 8 8 em um tipo de vidro com velocidades de 1, m / s e 1, m / s, respectivamente. 8 Considerando que a velocidade da luz no vácuo é de 3,0 10 m / s, a relação entre o índice de refração do vidro para a luz verde (n A ) e o índice de refração do vidro para a luz violeta (n B) será a) na nb b) na nb c) na nb d) na nb e) na nb 4. (Pucrj 2015) Sabendo que a velocidade de uma onda eletromagnética em um meio é dada 8 por 1,2 10 m / s, qual é o índice de refração desse meio? Considere: a) 2,5 b) 1,2 c) 1,8 d) 2,0 e) 0,4 8 velocidade da luz c 3,0 10 m / s 5. (Enem 2014) 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. 6. (Unemat 2010) Analise as afirmativas. I. Índice de refração absoluto de um meio é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio. II. A luz tem sua maior velocidade quando se propaga no vácuo, em qualquer outro meio sua velocidade será menor. III. Quanto menor a velocidade de propagação da luz num determinado meio, menor o seu índice de refração absoluto. IV. Um meio é considerado mais refringente que outro quando possui menor índice de refração absoluto. Assinale a alternativa correta. a) Somente I é verdadeira. b) Somente IV é verdadeira. c) Somente I e III são verdadeiras. d) Somente III é verdadeira. e) Somente I e II são verdadeiras.

3 7. (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 8. (Ufpa 2013) O arco-íris é um fenômeno óptico que acontece quando a luz branca do Sol incide sobre gotas esféricas de água presentes na atmosfera. A figura abaixo mostra as trajetórias de três raios de luz, um vermelho (com comprimento de onda λ 700 nm), um verde λ 546 nm e um violeta λ 436 nm, que estão num plano que passa pelo centro de uma esfera (também mostrada na figura). Antes de passar pela esfera, estes raios fazem parte de um raio de luz branca incidente. Analisando as trajetórias destes raios quando passam do meio para a esfera e da esfera, de volta para o meio, é correto afirmar que a) o índice de refração da esfera é igual ao índice de refração do meio. b) o índice de refração da esfera é maior do que o do meio e é diretamente proporcional ao λ da luz. comprimento de onda c) o índice de refração da esfera é maior do que o do meio e é inversamente proporcional ao λ da luz. comprimento de onda d) o índice de refração da esfera é menor do que o do meio e é diretamente proporcional ao λ da luz. comprimento de onda e) o índice de refração da esfera é menor do que o do meio e é inversamente proporcional ao comprimento de onda λ da luz. 9. (Epcar (Afa) 2011) Três raios de luz monocromáticos correspondendo às cores vermelho (Vm), amarelo (Am) e violeta (Vi) do espectro eletromagnético visível incidem na superfície de separação, perfeitamente plana, entre o ar e a água, fazendo o mesmo ângulo θ com essa superfície, como mostra a figura abaixo.

4 Sabe-se que α, β, e γ são, respectivamente, os ângulos de refração, dos raios vermelho, amarelo e violeta, em relação à normal no ponto de incidência. A opção que melhor representa a relação entre esses ângulos é a) α β γ b) α γ β c) γ β α d) β α γ 10. (Fuvest 2011) Um objeto decorativo consiste de um bloco de vidro transparente, de índice de refração igual a 1,4, com a forma de um paralelepípedo, que tem, em seu interior, uma bolha, aproximadamente esférica, preenchida com um líquido, também transparente, de índice de refração n. A figura a seguir mostra um perfil do objeto. Nessas condições, quando a luz visível incide perpendicularmente em uma das faces do bloco e atravessa a bolha, o objeto se comporta, aproximadamente, como a) uma lente divergente, somente se n > 1,4. b) uma lente convergente, somente se n > 1,4. c) uma lente convergente, para qualquer valor de n. d) uma lente divergente, para qualquer valor de n. e) se a bolha não existisse, para qualquer valor de n. 11. (Espcex (Aman) 2014) Uma fonte luminosa está fixada no fundo de uma piscina de profundidade igual a 1,33 m. Uma pessoa na borda da piscina observa um feixe luminoso monocromático, emitido pela fonte, que forma um pequeno ângulo α com a normal da superfície da água, e que, depois de refratado, forma um pequeno ângulo β com a normal da superfície da água, conforme o desenho.

5 A profundidade aparente h da fonte luminosa vista pela pessoa é de: Dados: sendo os ângulos α e β pequenos, considere tgα senα e tgβ sen β. índice de refração da água: n água =1,33 índice de refração do ar: n ar =1 a) 0,80 m b) 1,00 m c) 1,10 m d) 1,20 m e) 1,33 m 12. (Udesc 2011) Considere uma lâmina de vidro de faces paralelas imersa no ar. Um raio luminoso propaga-se no ar e incide em uma das faces da lâmina, segundo um ângulo θ em relação à direção normal ao plano da lâmina. O raio é refratado nesta face e refletido na outra face, que é espelhada. O raio refletido é novamente refratado na face não espelhada, voltando a propagar-se no ar. Sendo n Ar e n Vidro, respectivamente, os índices de refração da luz no ar e no vidro, o ângulo de refração α que o raio refletido forma no vidro, com a direção normal ao plano da lâmina, ao refratar-se pela segunda vez, obedece à equação: a) n Vidro sen α = n Ar sen θ /2 b) α = θ c) sen α = cos θ d) n Vidro sen α = n Ar sen θ e) n Ar sen α = n Vidro sen θ 13. (Unirio 2004) Um cão está diante de uma mesa, observando um peixinho dentro do aquário, conforme representado na figura. Ao mesmo tempo, o peixinho também observa o cão. Em relação à parede P do aquário e às distâncias reais, podemos afirmar que as imagens observadas por cada um dos animais obedecem às seguintes relações:

6 a) O cão observa o olho do peixinho mais próximo da parede P, enquanto o peixinho observa o olho do cão mais distante do aquário. b) O cão observa o olho do peixinho mais distante da parede P, enquanto o peixinho observa o olho do cão mais próximo do aquário. c) O cão observa o olho do peixinho mais próximo da parede P, enquanto o peixinho observa o olho do cão mais próximo do aquário. d) O cão observa o olho do peixinho mais distante da parede P, enquanto o peixinho observa o olho do cão também mais distante do aquário. e) O cão e o peixinho observam o olho um do outro, em relação à parede P, em distâncias iguais às distâncias reais que eles ocupam na figura. 14. (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 α, 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 15. (Ufg 2013) Uma lente convergente de vidro possui distância focal f quando imersa no ar. Essa lente é mergulhada em glicerina, um tipo de álcool com índice de refração maior que o do ar. Considerando-se que o índice de refração do vidro é o mesmo da glicerina (iguais a 1,5), conclui-se que o diagrama que representa o comportamento de um feixe de luz incidindo sobre a lente imersa na glicerina é o seguinte: a)

7 b) c) d) e) 16. (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. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Os Dez Mais Belos Experimentos da Física A edição de setembro de 2002 da revista Physics World apresentou o resultado de uma enquete realizada entre seus leitores sobre o mais belo experimento da Física. Na tabela abaixo são listados os dez experimentos mais votados. 1) Experimento da dupla fenda de Young, realizado com elétrons. 2) Experimento da queda dos corpos, realizada por Galileu. 6) Experimento com a balança de torsão, realizada por Cavendish. 7) Medida da circunferência da Terra, realizada por

8 3) Experimento da gota de óleo. 4) Decomposição da luz solar com um prisma, realizada por Newton. 5) Experimento da interferência da luz, realizada por Young. Erastóstenes. 8) Experimento sobre o movimento de corpos num plano inclinado, realizado por Galileu. 9) Experimento de Rutherford. 10) Experiência do pêndulo de Foucault. 17. (Ueg 2011) O experimento de decomposição (dispersão) da luz solar, realizado por Newton, é extraordinariamente simples, sendo necessário somente um prisma. Como ilustra a figura abaixo, ao passar por um prisma, a luz solar, que é branca, se decompõe nas cores do arco-íris. Com relação aos fenômenos da luz ao atravessar o prisma, é correto afirmar: a) Na dispersão da luz, a luz monocromática de maior frequência sofrerá o menor desvio. b) Num prisma, a dispersão da luz branca é menos acentuada que numa única superfície dióptrica. c) A separação da luz branca nas cores do arco-íris é possível porque cada cor tem um índice de refração diferente. d) Neste experimento, Newton demonstrou que, combinando dois ou mais prismas, é possível decompor a luz branca, porém a sua recomposição não é possível. 18 (Ufpe 2011) As figuras ilustram trajetórias de raios de luz que penetram ou saem de blocos de materiais transparentes. Quais figuras mostram situações fisicamente possíveis quando consideramos os índices de refração que estão indicados? A) B) C) D) E) ( ) Somente a situação A. ( ) As situações A e E. ( ) As situações B e C. ( ) Somente a situação D. ( ) As situações A e D.

9 Gabaritos: Resposta da questão 1: [A] Ao incidir radialmente sobre uma superfície circular o raio não sofre desvio, independentemente do sentido de propagação. Ao sair para o ar, o raio está passando do meio mais refringente para o menor refringente, afastando-se da normal. Resposta da questão 2: [B] Utilizando a Lei de Snell, tem-se que: n sen θ cte. Com isto, podemos analisar as refrações que acontecem na situação proposta. [I] Refração na separação Ar-Polímero: Se o feixe de luz aproxima-se da normal após a refração, o ângulo está diminuindo e consequentemente sen θ também diminui. Logo, podemos concluir que npo nar. [II] Refração na separação polímero-cristal: Como na situação anterior, a luz aproxima-se da normal após a refração. Logo, podemos concluir que ncr npo. Assim, nem existe a necessidade de analisar a terceira refração, pois temos o resultado de que ncr npo nar. Resposta da questão 3: [C] Como o índice de refração n é a razão entre a velocidade da luz c e a velocidade da luz no meio v, temos: c n v Logo, a luz monocromática com menor velocidade terá maior índice de refração. Com isso, a luz monocromática violeta que tem a menor velocidade de propagação no meio terá o maior índice de refração e a relação será na n B. Resposta da questão 4: [A] O índice de refração absoluto n é a razão entre a velocidade da luz c em um dado meio e a velocidade da onda eletromagnética v neste meio. c n v Usando os valores fornecidos, temos: 8 3,0 10 m / s n 2,5 8 1,2 10 m / s Resposta da questão 5: [E] Como os ângulos de incidência e refração são definidos no intervalo de 0 a 90, o menor ângulo tem menor seno. Sendo fixo e não nulo o ângulo de incidência, apliquemos a lei de

10 Snell às duas situações, gasolina não adulterada e gasolina adulterada. sen i 1,4 sen r1 sen i sen r2 1,4 0,74 sen r2 0,74 sen r 1 sen i sen r1 sen i 1,9 1,9 sen r2 sen r2 sen r 1 r2 r 1. Portanto o raio refratado no caso da gasolina adulterada é menor do que para a gasolina não adulterada. Isso significa que o raio refratado aproximou-se da normal à superfície de separação. Resposta da questão 6: [E] I. Verdadeira. II. Verdadeira. III. Falsa. Da definição de índice de refração: c n= v. Sendo c a velocidade da luz no vácuo e v a velocidade da luz no meio, quanto menor a velocidade da luz no meio, maior é seu índice de refração. IV. Falsa. Meio mais refringente é aquele que possui maior índice de refração. Resposta da questão 7: [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 Resposta da questão 8: [C] O índice de refração da água é maior que o do ar. Logo, o índice de refração da esfera é maior que o do meio. De acordo com a lei de Snell: sen i v λ n sen r v λ n meio meio esf esf esf meio. Assim, o índice de refração (n) é inversamente proporcional ao comprimento de onda ( λ ). Resposta da questão 9: [A] Como nada foi dado a respeito das grandezas referentes a essas radiações, é necessário que se tenha memorizado suas propriedades. A tabela abaixo fornece a ordem do espectro visível

11 da luz branca e os comportamentos das grandezas referentes às radiações componentes. A seta indica o sentido crescente da grandeza. A figura a seguir representa o comportamento dos três raios, de acordo com a tabela: menor desvio para o vermelho e maior desvio para o violeta. Assim:. Resposta da questão 10: [B] De acordo com a lei de Snell, quando a luz passa do meio menos para o mais refringente a luz aproxima-se da normal e, quando passa do mais para o menor refringente, a luz afasta-se da normal. As figuras mostram as duas situações propostas na questão: n > 1,4 e n < 1,4. Analisando-as, concluímos que para n > 1,4, o objeto comporta-se com lente convergente. Resposta da questão 11: [B] Aplicando a equação do dioptro plano para pequenos ângulos: d i nobs d i nar d i 1 d n 1,33 n 1,33 1,33 o obj águra d 1 m. i Resposta da questão 12: [B] Observe o trajeto feito pelo raio luminoso:

12 O ângulos 1 e 2 são iguais (alternos internos). Os ângulos 2 e 3 são iguais (reflexão). Os ângulos 3 e 4 são iguais (alternos internos). Portanto: n A.sen n V.sen1 n A.sen n V.sen4, pois 1 4 Resposta da questão 13: [A] A figura mostra o trajeto de um raio luminoso que sai do cão e chega ao peixe. A figura mostra o trajeto de um raio luminoso que sai do peixe chega ao cão. Resposta da questão 14: [B] [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.

13 [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. Resposta da questão 15: [E] Quando a luz passa de um meio para outro de mesmo índice de refração, ela não sofre desvio em sua trajetória. Esse fenômeno chamado continuidade óptica. Poderia, também, ser aplicada a Lei de Snell: sen i nvidro sen i 1,5 1 sen r sen i r i. sen r nglic sen r 1,5 Ou seja, o ângulo de refração é igual ao de incidência, não ocorrendo desvio na trajetória dos raios. Resposta da questão 16: [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 17: [C] Quando a luz branca (solar) refrata sob incidência oblíqua, ela sobre dispersão (ou decomposição) em suas radiações componentes: vermelha, alaranjada, amarela, verde, azul, anil e violeta. O maior desvio ocorre para a radiação violeta, que é a que apresenta no interior do prisma: menor velocidade, menor comprimento de onda, maior frequência, maior índice de refração. Obs: no vácuo, todas as radiações apresentam mesma velocidade, portanto, o mesmo índice de refração. Resposta da questão 18: F F F V F. Quando um raio luminoso passa de um meio mais refringente para um meio menos ele afastase da normal. Obviamente se a passagem for de um meio menos para um meio mais refringente ele aproxima-se da normal. A única opção que se encaixa no que foi descrito é a situação D.