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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 107 do ENEM PPL 2022

2º dia · Ciências da Natureza · H22 · Física: Refração da luz e lei de Snell

O feixe de um laser incide obliquamente na lateral de uma janela de vidro, cujo índice de refração é maior do que o do ar, e a atravessa. Uma representação esquemática dessa situação utiliza linhas pontilhadas para demonstrar a trajetória que o feixe teria, caso não sofresse refração, e linhas contínuas com setas para mostrar a trajetória realmente seguida pelo feixe.

Qual representação esquemática apresenta a trajetória seguida pelo feixe de laser quando atravessa a janela de vidro?

  1. A
    Diagrama esquemático com um bloco retangular vertical indicando "Vidro" entre duas regiões de "Ar". O feixe incidente entra pelo lado esquerdo e, dentro do vidro, desvia ficando acima da linha pontilhada; ao sair para o ar à direita, refrata novamente e propaga-se paralelamente à linha pontilhada.
  2. B
    Diagrama esquemático com um feixe que, dentro do vidro, fica acima da linha pontilhada e, ao sair para o ar, continua na mesma direção retilínea que tinha no vidro.
  3. C
    Diagrama esquemático com um feixe que, dentro do vidro, fica acima da linha pontilhada e, ao sair para o ar, desvia bruscamente para baixo, aproximando-se da linha pontilhada.
  4. D
    Diagrama esquemático com um feixe que, dentro do vidro, desvia ficando abaixo da linha pontilhada e, ao emergir no ar, propaga-se paralelamente à linha pontilhada.
  5. E
    Diagrama esquemático com um feixe que, dentro do vidro, desvia ficando abaixo da linha pontilhada e, ao emergir no ar, inclina-se ainda mais em direção à horizontal.
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Resolução comentada

Ao passar do ar para o vidro, que tem índice de refração maior, a luz diminui de velocidade e o raio se aproxima da normal. A normal é a reta perpendicular à face do vidro; como a janela é vertical, a normal é horizontal.

Assim, dentro do vidro o feixe fica mais próximo da horizontal do que a linha pontilhada (que seria a continuação do raio incidente). Como o feixe desce para a direita, ele fica acima da linha pontilhada.

Ao sair do vidro para o ar, o processo se inverte: o raio se afasta da normal e volta ao ângulo original. Como as duas faces são paralelas, o ângulo de saída é igual ao de entrada, e o feixe emergente fica paralelo ao feixe incidente, apenas deslocado lateralmente (por isso paralelo à linha pontilhada, mas acima dela).

Portanto, procuramos a figura com:

  1. feixe acima do pontilhado dentro do vidro;
  2. feixe emergente paralelo ao pontilhado.

A figura A (F1) mostra exatamente isso. Em B o feixe não muda de direção ao sair, o que violaria a refração. Em C ele se aproxima ainda mais da normal... na verdade se inclina para baixo, o que é incorreto. D e E colocam o feixe abaixo do pontilhado no vidro, o que seria afastamento da normal.

Alternativa A.

Pegadinha: As alternativas D e E enganam quem acha que o raio se afasta da normal ao entrar no vidro; e B engana quem esquece a segunda refração na saída.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BO feixe mantém a direção que tinha no vidro ao sair, ignorando a segunda refração (vidro para ar).
  • CAo sair, o feixe se inclina mais para baixo, em vez de se afastar da normal e voltar à direção original.
  • DDentro do vidro o feixe fica abaixo do pontilhado, o que indicaria afastamento da normal, contrariando n maior.
  • EAlém de desviar para o lado errado no vidro, o feixe emergente não fica paralelo ao incidente.

Assunto: Refração da luz e lei de Snell.

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