PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 25 do IME 2018

Conforme a figura acima, duas lanternas muito potentes, cilíndricas, com diâmetro D = 4\ \text{cm}, estão alinhadas no plano vertical. Ambas possuem lentes nas extremidades, cujos centros ópticos O estão alinhados verticalmente e cujas distâncias focais são f = 3\ \text{cm}. Uma das lentes é convergente e a outra é divergente. Suas lâmpadas geram raios de luz horizontais, que encontram as lentes das respectivas lanternas e são projetados até um anteparo vertical. Sabendo que a distância entre os centros ópticos das duas lentes é y = 12\ \text{cm}, a distância máxima x entre os centros ópticos das lentes O e o anteparo, em centímetros, que faz com que a luz projetada pelas lanternas não se sobreponha é:
- A6
- B9
- C12
- D15
- E18
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Resolução comentada
Raios paralelos ao eixo, ao atravessarem uma lente, passam pelo foco (convergente) ou parecem sair do foco (divergente). Por isso, o raio que incide na borda da lente (a 2\ \text{cm} do eixo) se desvia com inclinação \tg\theta = \dfrac{2}{3}.
Lente superior (convergente): os raios se cruzam no foco, a 3\ \text{cm} da lente, e depois se abrem. A uma distância x da lente, a luz projetada tem meia-largura:
Lente inferior (divergente): os raios se abrem como se saíssem do foco virtual, 3\ \text{cm} atrás da lente. A meia-largura no anteparo é:
Os eixos estão separados por y = 12\ \text{cm}. As manchas não se sobrepõem se h_1 + h_2 \le 12 (no limite, se tocam):
- \dfrac{2}{3}(x-3) + \dfrac{2}{3}(x+3) = 12
- \dfrac{2}{3}\cdot 2x = 12
- x = 9\ \text{cm}
Para x maior que 9 cm as manchas se sobrepõem; logo, a distância máxima é 9\ \text{cm}.
Alternativa B.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AValor menor que o máximo; a luz não se sobrepõe, mas não é a distância máxima.
- CEsquece que o feixe convergente se estreita até o foco e usa abertura de 2 cm por 3 cm de forma incorreta, ou soma só as larguras sem o deslocamento do foco.
- DResulta de erro na soma das meias-larguras (ignora o foco ou usa diâmetro em vez de raio).
- EUsa o diâmetro de 4 cm em vez do raio de 2 cm, dobrando a abertura e errando o limite.
Assunto: Lentes esféricas.
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Fonte: IME 2018 · Prova objetiva. Prova oficial ↗