Exemplos de perguntas e fórmulas para ondas de luz em óptica física
Características da luz
1. A luz é uma onda eletromagnética, portanto a luz…
A. Não vivencia a reflexão
B. Não sofre refração.
C. Não requer meio de propagação
D. Não transporta energia em sua propagação.
Discussão
A luz é uma onda e, portanto, sofre reflexão, refração e transporta energia durante sua propagação, assim como outras ondas. A luz é uma onda eletromagnética, logo, não necessita de um meio para se propagar.
A resposta correta é C.
2. Preste atenção à seguinte afirmação:
1. A luz se move em linha reta.
2. A luz é uma onda eletromagnética.
3. A luz pode ser absorvida.
4. A luz transporta uma carga elétrica.
A afirmação correta sobre as propriedades da luz é...
A. declaração 1 apenas
B. declarações 1 e 2
C. declarações 1, 2 e 3
D. Todas as afirmações são verdadeiras.
Discussão
1. A luz se move em linha reta.
Essa afirmação é verdadeira porque, embora a luz se propague como uma onda transversal, seu trajeto é uma linha reta. No campo da óptica geométrica (reflexão e refração da luz), a luz é representada como um raio cujo trajeto é uma linha reta.
2. A luz é uma onda eletromagnética:
Essa afirmação é verdadeira porque a luz é uma onda eletromagnética, cuja propagação não requer um meio.
3. A luz pode ser absorvida:
Essa afirmação é verdadeira. A luz é um tipo de onda eletromagnética. Todas as ondas, tanto mecânicas quanto eletromagnéticas, transportam energia ao se propagarem de um local para outro. Portanto, parte da energia da luz pode ser absorvida pelo meio em que ela se propaga. Por exemplo, quando a luz incide sobre um espelho plano, a maior parte dela é refletida, mas uma pequena porção é absorvida pelo espelho.
4. A luz transporta uma carga elétrica:
Essa afirmação é falsa. A luz é uma onda eletromagnética, e as ondas eletromagnéticas são produzidas pela oscilação de campos elétricos e magnéticos. As ondas eletromagnéticas são emitidas pela aceleração de cargas elétricas.
A resposta correta é C.
Reflexo perfeito
3. A imagem à direita mostra uma joia de diamante muito cara porque a luz refletida por ela é extremamente brilhante. Esse fenômeno é causado por…
A. Refração perfeita, onde a luz entra de um meio menos denso para um meio mais denso.
B. Refração perfeita, onde o ângulo de incidência é menor que o ângulo limite.
C. reflexão perfeita, onde a luz vem de um meio menos denso para um meio mais denso.
D. reflexão perfeita onde o ângulo de incidência é maior que o ângulo de contorno
Discussão
A luz que incide sobre um diamante parece cintilar devido à dispersão da luz e à reflexão perfeita. A reflexão perfeita ocorre quando a luz se move de um meio com um índice de refração maior para um com um índice de refração menor. Por exemplo, a luz se move do diamante (com um índice de refração maior) para o ar (com um índice de refração menor). Para entender melhor esse fenômeno, observe a imagem abaixo.
Quando a luz se move de um meio com alto índice de refração para um meio com baixo índice de refração, ela se desvia da normal. Se o ângulo de incidência (i) for maior, o ângulo de refração (r) também será maior. Em um determinado ângulo de incidência, o ângulo de refração é de 90°. O ângulo de incidência quando o ângulo de refração é de 90° é chamado de ângulo crítico (θk) ou ângulo limite. Se o ângulo de incidência for maior que o ângulo crítico ou ângulo limite, nenhuma luz é refratada; toda a luz é refletida.
A resposta correta é D.
4. Questões da Olimpíada Nacional de Ciências de 2011 para escolas de ensino fundamental em nível municipal/regional nº 39
O seguinte fenômeno, que é um sintoma de reflexão perfeita, é…
Um arco-íris
B. miragem
Lago colorido C.
D. astigmatismo
Discussão
Uma miragem é chamada de fenômeno de reflexão perfeita porque, nesse processo, nenhuma luz proveniente do ar é refratada pela superfície da estrada, mas parece que toda a luz é refletida por ela. As miragens ocorrem porque a luz atravessa camadas de ar que possuem índices de refração diferentes devido às diferentes densidades dessas camadas. Na realidade, a luz não é refletida pela superfície da estrada, mas sim refratada (desviada) pelas camadas de ar que possuem índices de refração diferentes.
A resposta correta é B.
5. Questões da Olimpíada Nacional de Ciências de 2010 para escolas de ensino fundamental em nível municipal/regional nº 30
A visão de uma mancha de óleo na superfície de uma estrada asfaltada em um dia quente é essencialmente um evento de reflexão total porque…
A. O índice de refração das camadas superiores do ar é maior do que o das camadas inferiores.
B. O índice de refração das camadas superiores do ar é menor que o das camadas inferiores.
C. As gotas de água refletem cores diferentes em diferentes ângulos de reflexão.
D. As gotas de água refratam cores diferentes em ângulos de refração diferentes.
Discussão
Uma cena como uma mancha de óleo em uma estrada asfaltada em um dia quente é um exemplo de miragem. As miragens ocorrem devido à diferença no índice de refração entre a camada de ar próxima à estrada e a camada de ar acima dela.
Em um dia quente, a superfície da estrada aquece o ar diretamente acima dela, fazendo com que a camada de ar imediatamente acima da superfície da estrada fique mais quente do que a camada de ar mais a montante. A camada de ar mais quente sofre uma maior expansão de volume, tornando-se menos densa (menor densidade). Por outro lado, a camada de ar menos quente acima dela sofre uma menor expansão de volume, tornando-se mais densa (maior densidade). Portanto, a camada de ar inferior é menos densa, enquanto a camada de ar superior é mais densa.
Como a camada de ar na parte inferior (mais próxima da superfície da estrada) é menos densa, a luz se move mais rapidamente ao passar por ela, enquanto a camada de ar na parte superior é mais densa, fazendo com que a luz se mova mais lentamente ao passar por ela.
A fórmula para o índice de refração é: n = c / v, onde n é o índice de refração, c = velocidade da luz no vácuo = constante = 3 x 10⁻⁴8 m/s, v = velocidade da luz no meio. Com base nessa fórmula, c é fixo, de modo que se v aumenta, n diminui e vice-versa, se v diminui, n aumenta.
A luz se propaga mais rapidamente na camada de ar inferior (v grande), de modo que essa camada inferior possui um índice de refração menor (n pequeno), enquanto a luz se propaga mais lentamente na camada de ar superior (v pequeno), de modo que essa camada superior possui um índice de refração maior (n grande).
A resposta correta é A.
índice de refração
6. Um feixe de luz visível tem um comprimento de onda de 510 nm no ar. Se o feixe de luz entrar em um meio com índice de refração de 1,5, seu comprimento de onda mudará para…
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Discussão
Sabe-se que:
Comprimento de onda (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metro
Índice de refração (n) = 1,5
Pergunta: O comprimento de onda (λ) muda para…
Resposta:
O comprimento de onda (λ) muda para 340 nanômetros.
A resposta correta é C.
7. Um peixe é visto no fundo de uma piscina de água cristalina, com 2 metros de profundidade e índice de refração de 4/3. Se o peixe é visto quase perpendicularmente à superfície da piscina, a que distância ele parece estar da superfície?
A. 1 metro da superfície da piscina
B. 1,5 metros da superfície da piscina
C. 2 metros da superfície da piscina
D. 2,67 metros da superfície da piscina
Discussão
Sabe-se que:
Índice de refração da piscina = 4/3
Profundidade da piscina = 2 metros
Pergunta: A que distância os peixes podem ser vistos da superfície do lago?
Resposta:
Distância aparente = 1 : n (distância real)
Distância aparente = 1 : 4/3 (2 metros)
Distância aparente = 1 x 3/4 (2 metros)
Distância aparente = 3/4 (2 metros)
Distância aparente = 6/4
Distância aparente = 1,5 metros
A distância em que os peixes são visíveis da superfície do lago é de 1,5 metros.
A resposta correta é B.
8. A luz pode ser transmitida em um canal cujo índice de refração em relação ao meio é…
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Discussão
Índice de refração do vácuo = 1,0000
O índice de refração de um meio é maior que o índice de refração do vácuo.
A resposta correta é A.
Dispersão da luz
9. O ângulo de dispersão é o ângulo entre duas cores de luz monocromática que ocorre quando…
A. polarização da luz
B. absorção de luz
C. dispersão da luz
D. difração da luz
Discussão
A luz monocromática é a luz que possui uma única cor ou comprimento de onda. A luz branca, como a luz solar, é uma combinação de todas as cores, cada uma com um comprimento de onda ou frequência diferente. A decomposição da luz branca no espectro visível (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta) é chamada de dispersão da luz.
A dispersão da luz pode ser obtida por meio de prismas, gotas de água ou outros objetos. Os arco-íris são um exemplo de dispersão da luz no dia a dia, onde a luz solar é dispersa pelas gotas de chuva.
A resposta correta é C.
10. Questões da Olimpíada Nacional de Ciências de 2011 para escolas de ensino fundamental em nível municipal/regional nº 60
Um arco-íris aparece como uma fita colorida em forma de semicírculo. A ordem correta das quatro cores do arco-íris abaixo, do menor para o maior raio, é…
A. vermelho, laranja, amarelo, verde
B. azul, roxo, verde, amarelo
C. verde, azul, anil, violeta
D. índigo, azul, verde, amarelo
Discussão
A ordem das cores do arco-íris é vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e roxo.
A luz vermelha tem o maior comprimento de onda, enquanto a luz violeta tem o menor. A deflexão de cada cor de luz depende do seu comprimento de onda.
Quando a luz solar branca é dispersa pelas gotas de chuva, a luz com comprimentos de onda mais longos é menos desviada, enquanto a luz com comprimentos de onda mais curtos é mais desviada. A luz vermelha é a menos desviada porque seu comprimento de onda é maior, enquanto a luz violeta é a mais desviada porque seu comprimento de onda é menor, como mostra o diagrama abaixo. Assim, o olho do observador vê a luz vermelha na parte superior e a luz violeta na parte inferior.
Todas as cores da luz do arco-íris têm formato parcialmente circular, sendo que o círculo de luz vermelho está no topo e, portanto, tem o maior raio, enquanto o círculo de luz roxo está na parte inferior e, portanto, tem o menor raio.
A ordem das cores da luz, do maior raio para o menor, é: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
A resposta correta é D.
11. As cores claras da camada de óleo na superfície da água ocorrem devido ao evento...
A. interferência
B. polarização
C. dispersi
D. difração
Discussão
A resposta correta é C.
