PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 24 do IME 2021

Na figura, ilustra-se um anteparo e um capacitor de placas paralelas cujo dielétrico é o ar. A luz de um laser incide no capacitor, paralelamente às placas. A figura de difração resultante é observada em um anteparo distante.
Dados:
• permissividade elétrica do ar: \varepsilon_0;
• área das placas: A; e
• comprimento de onda da luz do laser: \lambda.
Se o primeiro mínimo da figura de difração é verificado para um ângulo \theta, a capacitância do capacitor é:
- A\frac{\varepsilon_o A\sen\theta}{2\lambda}
- B\frac{\varepsilon_o A\sen\theta}{\lambda}
- C\frac{\varepsilon_o A\cos\theta}{2\lambda}
- D\frac{\varepsilon_o A\cos\theta}{\lambda}
- E\frac{\varepsilon_o A\sen 2\theta}{2\lambda}
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Resolução comentada
O espaço de ar entre as placas funciona como uma fenda simples de largura d, a distância entre as placas. A luz passa por essa fenda e sofre difração.
Na difração por fenda simples, o primeiro mínimo ocorre quando:
Logo:
A capacitância de um capacitor de placas paralelas com ar é:
Substituindo d:
- C = \varepsilon_0 A \cdot \dfrac{1}{d}
- \dfrac{1}{d} = \dfrac{\sen\theta}{\lambda}
- C = \dfrac{\varepsilon_0 A\,\sen\theta}{\lambda}
A figura mostra a luz entrando paralelamente às placas e o ângulo \theta medido a partir do eixo central, que é a situação do mínimo de fenda simples com m=1.
Alternativa B.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AColoca um fator 2 no denominador, como se o mínimo fosse d\sen\theta=\lambda/2 (condição de interferência de dois feixes).
- CUsa cosseno e um fator 2; a condição do mínimo envolve \sen\theta.
- DUsa cosseno no lugar de seno na condição do primeiro mínimo.
- EUsa \sen 2\theta, que não aparece na condição de difração por fenda simples.
Assuntos: difração por fenda simples, capacitor de placas paralelas.
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Fonte: IME 2021 · Prova objetiva. Prova oficial ↗