PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 30 do IME 2020
Uma partícula emite um feixe laser horizontal de encontro a uma lente convergente de distância focal f. Após ser desviado, o feixe atinge um anteparo localizado depois do foco da lente. Sabendo que a partícula, a lente e o anteparo estão em movimento em velocidade escalar v nos respectivos sentidos indicados na figura, a aceleração do ponto de impacto do feixe, no referencial do anteparo, é:
- Av^2/4f
- Bv^2/3f
- Cv^2/2f
- D2v^2/f
- E4v^2/f
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Resolução comentada
A figura não foi incluída na mensagem, e os sentidos dos movimentos são necessários para determinar uma alternativa sem fazer suposições.
Para mostrar essa dependência, considere a lente movendo-se apenas verticalmente. Sejam y_P e y_L as alturas da partícula e da lente, e d a distância horizontal entre a lente e o anteparo. Na aproximação paraxial, o raio horizontal sai da lente com inclinação
Assim, a altura do impacto é
Como os movimentos têm velocidades constantes, a derivação duas vezes fornece
A translação uniforme do anteparo não altera essa aceleração.
Se a figura indicar partícula e lente em movimentos verticais opostos, ambas com velocidade v, e anteparo movendo-se horizontalmente com velocidade v, teremos |\dot y_P-\dot y_L|=2v e |\dot d|=v. Portanto,
Sob essa configuração — que precisa ser confirmada pela figura —, Alternativa E.
Por que as outras alternativas estão erradas
- ANa configuração explicitada, não corresponde ao produto das velocidades relativas na expressão da aceleração.
- BNa configuração explicitada, o cálculo não produz o fator 1/3.
- CNa configuração explicitada, o cálculo não produz o fator 1/2.
- DNa configuração explicitada, ignora que a velocidade vertical relativa entre partícula e lente é 2v.
Assuntos: Lentes esféricas, Cinemática vetorial e composição de movimentos.
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Fonte: IME 2020 · Prova objetiva. Prova oficial ↗