PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 22 do ITA 2027
Texto-base das questões 13 a 24 · 1ª fase
Quando e se necessário, use as seguintes informações:
Aceleração local da gravidade g = 10\text{ m/s}^2.
Densidade da água, \rho_{água} = 1\ g/cm^3.
Calor latente da água, L_{água} = 334\ J/g.
Constante de Stefan-Boltzmann, \kappa = 5{,}7 \times 10^{-8}\text{ Wm}^{-2}\text{K}^{-4}.
Emissividade para qualquer material presente nas questões, \varepsilon = 1.
Relação entre o índice de refração n de um meio e as constantes de permeabilidade \mu_r e permissividade \varepsilon_r relativas é dada por: n^2 = \mu_r\ \varepsilon_r.
Um interferômetro de Fabry–Perot é constituído por dois espelhos paralelos semitransparentes, com refletividade constante R, separados por uma distância variável d, entre os quais a luz sofre múltiplas reflexões. A luz transmitida pelo sistema resulta da superposição de várias contribuições sucessivas. O comportamento do interferômetro em incidência normal foi analisado em dois experimentos (I) e (II). No experimento (I), considerado como referência, a cavidade está preenchida por ar e é iluminada por luz monocromática de comprimento de onda no vácuo \lambda. O gráfico mostra a transmissão em função de d/\lambda.

No experimento (II), os espelhos permanecem os mesmos, mas a cavidade é totalmente preenchida por um líquido de índice de refração n = \frac{3}{2}, e a luz incidente passa a ter comprimento de onda no vácuo \lambda' = \frac{3}{4}\lambda. Despreze a absorção e a dispersão e assuma que a refletividade dos espelhos não se altera.
Assinale a alternativa que melhor representa a nova curva de transmissão do experimento (II) no mesmo intervalo do eixo horizontal.
- A

- B

- C

- D

- E

Reportar erro na questão
Resolução comentada
Em um Fabry–Perot, a transmissão é máxima quando a luz de ida e volta na cavidade interfere construtivamente: a diferença de caminho 2nd deve ser múltiplo inteiro do comprimento de onda no vácuo, isto é, 2nd = m\lambda, com m inteiro.
Experimento (I) (ar, n=1): 2d = m\lambda, então os máximos ocorrem em d/\lambda = m/2, ou seja, 0; 0,5; 1; 1,5... O gráfico confirma isso.
Experimento (II), com n = 3/2 e \lambda' = \frac{3}{4}\lambda:
- Condição de máximo: 2nd = m\lambda'.
- Substituindo: 2\cdot\frac{3}{2}\,d = m\cdot\frac{3}{4}\lambda, logo 3d = \frac{3}{4}m\lambda.
- Portanto \dfrac{d}{\lambda} = \dfrac{m}{4}.
Os máximos ficam em d/\lambda = 0;\ 0{,}25;\ 0{,}5;\ 0{,}75;\ 1;\dots, o dobro de picos por intervalo em relação a (I).
A altura dos picos: como a refletividade R dos espelhos não muda e não há absorção, na ressonância a transmissão continua sendo 1. Os picos têm altura 1,0 e a largura é a mesma forma de curva, só comprimida no eixo.
O gráfico com picos de altura 1,0 em múltiplos de 0,25 é o da alternativa B.
Alternativa B.
Pegadinha: A alternativa C engana ao sugerir que a mudança de meio reduziria a altura dos picos, mas sem absorção e com R constante a transmissão ressonante continua sendo 1.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AMantém a curva de referência, ignorando a mudança de n e de \lambda.
- CPicos com altura 0,7: sem absorção a transmissão na ressonância continua 1.
- DPicos só nos inteiros: seria o caso de 2nd=m\lambda' com espaçamento d/\lambda=1, o que não ocorre.
- EPicos deslocados (0,125; 0,375...) com mínimos nos inteiros: a ressonância em d=0 é mantida, pois m=0 satisfaz a condição.
Assuntos: interferômetro de Fabry–Perot, índice de refração, interferência construtiva.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: ITA 2027 · 1ª fase. Prova oficial ↗