Questão 57 do ENEM PPL 2013

1º dia · Ciências da Natureza

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

  1. A
    superior e ocorrer difração.
  2. B
    superior e ocorrer reflexão interna total.
  3. C
    inferior e ocorrer reflexão interna parcial.
  4. D
    inferior e ocorrer interferência destrutiva.
  5. E
    inferior e ocorrer interferência construtiva.
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Resolução comentada

A fibra óptica guia a luz por reflexão interna total. Esse fenômeno só acontece quando a luz tenta passar de um meio mais refringente (maior índice de refração) para um meio menos refringente (menor índice).

Passo a passo:

  1. A luz viaja pelo núcleo e chega à fronteira com o revestimento.
  2. Pela lei de Snell, n_{núcleo}\,\sen\theta_1 = n_{rev}\,\sen\theta_2. Se n_{núcleo} > n_{rev}, o raio refratado se afasta da normal, então existe um ângulo de incidência limite \theta_L, com \sen\theta_L = \dfrac{n_{rev}}{n_{núcleo}}.
  3. Para incidências maiores que \theta_L, não há refração: toda a luz volta ao núcleo (reflexão interna total).
  4. Assim a luz "zigue-zagueia" dentro do núcleo sem perder intensidade pelas laterais, chegando à outra extremidade com o sinal preservado.

Portanto, o índice de refração do núcleo em relação ao revestimento deve ser superior, e o fenômeno que garante a transmissão é a reflexão interna total. Se o núcleo tivesse índice inferior, a reflexão total seria impossível e a luz escaparia pelo revestimento.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO índice superior está certo, mas a difração (espalhamento ao contornar obstáculos) não é o que confina a luz na fibra.
  • CÍndice inferior no núcleo impede a reflexão total, e a reflexão parcial deixaria a luz escapar.
  • DÍndice inferior e interferência destrutiva anulariam o sinal, não o guiariam.
  • EÍndice inferior no núcleo não permite reflexão total; interferência construtiva não explica o confinamento da luz.

Assuntos: reflexão interna total, refração da luz, fibra óptica.

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