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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 130 do ENEM 2020

2º dia · Ciências da Natureza · H22 · Física: Ondas eletromagnéticas e espectro

Herschel, em 1880, começou a escrever sobre a condensação da luz solar no foco de uma lente e queria verificar de que maneira os raios coloridos contribuem para o aquecimento. Para isso, ele projetou sobre um anteparo o espectro solar obtido com um prisma, colocou termômetros nas diversas faixas de cores e verificou nos dados obtidos que um dos termômetros iluminados indicou um aumento de temperatura maior para uma determinada faixa de frequências.

SAYURI, M.; GASPAR, M. B. Infravermelho na sala de aula. Disponível em: www.cienciamao.usp.br. Acesso em: 15 ago. 2016 (adaptado).

Para verificar a hipótese de Herschel, um estudante montou o dispositivo apresentado na figura. Nesse aparato, cinco recipientes contendo água, à mesma temperatura inicial, e separados por um material isolante térmico e refletor são posicionados lado a lado (A, B, C, D e E) no interior de uma caixa de material isolante térmico e opaco. A luz solar, ao entrar na caixa, atravessa o prisma e incide sobre os recipientes. O estudante aguarda até que ocorra o aumento da temperatura e a afere em cada recipiente.

Esquema experimental mostrando uma caixa fechada, isolada e opaca, contendo um prisma no topo por onde incide feixe de luz solar. O prisma decompõe a luz em vários raios em direção a cinco recipientes adjacentes, identificados pelas letras A, B, C, D e E. A faixa do espectro visível, indicada entre o vermelho e o violeta, atinge os recipientes B, C, D e E, enquanto o recipiente A fica situado à esquerda, logo antes da faixa da cor vermelha.

Em qual dos recipientes a água terá maior temperatura ao final do experimento?

  1. A
    A
  2. B
    B
  3. C
    C
  4. D
    D
  5. E
    E
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Resolução comentada

Herschel descobriu que, no espectro solar, o maior aquecimento ocorre fora da faixa visível, além do vermelho: é a região do infravermelho, a radiação térmica, que ele não enxergava, mas os termômetros registravam.

Para entender a figura, lembre a ordem das cores no espectro. O vermelho tem a menor frequência (e a maior refração menor, ou seja, desvia menos), e o violeta tem a maior frequência. O infravermelho tem frequência ainda menor que a do vermelho, então fica ao lado do vermelho, no extremo oposto ao do violeta.

Passos de leitura da figura:

  1. O espectro visível vai do vermelho (à esquerda) ao violeta (à direita).
  2. O vermelho incide sobre o recipiente B, e o violeta sobre o recipiente E.
  3. O recipiente A fica à esquerda do vermelho, exatamente onde chegaria a radiação de frequência menor que a do vermelho, o infravermelho.
  4. O infravermelho é o que mais aquece, pois a energia dessa radiação é absorvida pela água e convertida em agitação térmica de forma mais eficiente.

Portanto, o recipiente A, iluminado pelo infravermelho invisível, terá a água mais quente ao final do experimento.

Alternativa A.

Pegadinha: A alternativa E engana quem pensa que maior frequência (violeta) significa maior aquecimento; o maior efeito térmico está no infravermelho, fora do visível (recipiente A).

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BRecebe o vermelho, que é visível e aquece menos que o infravermelho, situado fora do espectro visível.
  • CRecebe cores do meio do espectro visível (amarelo/verde), que aquecem menos que o infravermelho.
  • DRecebe cores do meio do espectro visível, com aquecimento menor que o do infravermelho.
  • ERecebe o violeta, de maior frequência, mas o maior aquecimento não está no ultravioleta/violeta, e sim no infravermelho.

Assuntos: Ondas eletromagnéticas e espectro, Reflexão total e dispersão da luz.

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