PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 9 do ITA 2021
Texto-base das questões 01 a 15 · 1ª fase
Quando precisar use os seguintes valores para as constantes:
Aceleração local da gravidade g=10\text{ m/s}^2. Constante gravitacional universal G=6{,}67\times 10^{-11}\text{ m}^3.\text{kg}^{-1}.\text{s}^{-2}.
Velocidade da luz no vácuo c=3{,}0\times 10^8\text{ m/s}. Constante de Planck reduzida \hbar= 1{,}05\times 10^{-34}\text{ J.s}.
Permeabilidade magnética do vácuo \mu_0=4\pi\times 10^{-7}\text{ N.A}^{-2}. Carga elétrica elementar e=1{,}6\times 10^{-19}\text{ C}.
Massa do elétron m_0=9{,}1\times 10^{-31}\text{ kg}. Constante eletrostática do vácuo K_0=9{,}0\times 10^9\text{ N.m}^2.C^{-2}.
Considere uma lente biconvexa feita de um material com índice de refração 1{,}2 e raios de curvatura de 5{,}0\text{ cm} e 2{,}0\text{ cm}. Ela é imersa dentro de uma piscina e utilizada para observar um objeto de 80\text{ cm} de altura, também submerso, que se encontra afastado a 1{,}0\text{ m} de distância. Sendo o índice de refração da água igual a 1{,}3, considere as seguintes afirmativas:
I. A lente é convergente e a imagem é real.
II. A lente é divergente e a imagem é virtual.
III. A imagem está a 31\text{ cm} da lente e tem 25\text{ cm} de altura.
Considerando V como verdadeira e F como falsa, as afirmações I, II e III são, respectivamente,
- A( ) V F F.
- B( ) F V F.
- C( ) F F V.
- D( ) V V F.
- E( ) F V V.
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Resolução comentada
Quando a lente está imersa em um meio, vale a equação dos fabricantes de lentes com a razão entre os índices:
Uma lente biconvexa, com n_{lente}>n_{meio}, é convergente. Mas aqui n_{lente}=1{,}2 é menor que n_{água}=1{,}3, e isso inverte o comportamento.
- Razão dos índices: \dfrac{1{,}2}{1{,}3}=0{,}923, logo 0{,}923-1=-0{,}0769=-\dfrac{1}{13}.
- Curvaturas: \dfrac{1}{5}+\dfrac{1}{2}=0{,}7\ \text{cm}^{-1}.
- Convergência: \dfrac{1}{f}=-\dfrac{0{,}7}{13}, então f=-\dfrac{13}{0{,}7}\approx-18{,}6\ \text{cm}.
Como f<0, a lente é divergente. Uma lente divergente forma de um objeto real uma imagem virtual, direita e menor.
Posição da imagem, com p=100\ \text{cm}:
p'\approx-15{,}7\ \text{cm}, ou seja, a imagem fica a cerca de 15{,}7\ \text{cm} da lente, não a 31\ \text{cm}.
Altura: \dfrac{i}{o}=-\dfrac{p'}{p}=\dfrac{15{,}7}{100}, então i\approx 12{,}6\ \text{cm}, e não 25\ \text{cm}.
Assim: I é falsa, II é verdadeira e III é falsa.
Alternativa B.
Pegadinha: A alternativa A engana quem vê 'biconvexa' e conclui que a lente é convergente, esquecendo que o índice da lente (1,2) é menor que o da água (1,3).
Por que as outras alternativas estão erradas
- Aignora que a lente está imersa em meio de índice maior e a trata como convergente.
- Cconsidera a lente convergente e aceita valores de posição e altura incorretos.
- Dafirma que a lente é ao mesmo tempo convergente e divergente, o que é contraditório.
- Eacerta a lente divergente, mas aceita a afirmativa III, cujos valores (31 cm e 25 cm) estão errados.
Assuntos: lentes esféricas, lente imersa em meio, equação de Gauss.
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Fonte: ITA 2021 · 1ª fase. Prova oficial ↗