EEAR 2017 (CFS 2) — questão 85 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: o ângulo de refração, isto é, o ângulo que o raio forma com a normal (a vertical) dentro da água.

Passo 1 — o ângulo de incidência. O raio no ar é a hipotenusa de um triângulo de catetos 30 m (vertical) e 40 m (horizontal): a hipotenusa vale 50 m (triângulo 3-4-5). O ângulo de incidência é medido a partir da vertical, então o cateto oposto a ele é o horizontal:

$$\text{sen}\,i = \frac{40}{50} = 0{,}8$$

Passo 2 — lei de Snell:

$$n_{\text{ar}}\,\text{sen}\,i = n_{\text{água}}\,\text{sen}\,r$$

$$1 \times 0{,}8 = 1{,}5\,\text{sen}\,r$$

$$\text{sen}\,r = \frac{0{,}8}{1{,}5} \approx 0{,}53$$

Passo 3 — o ângulo. Como sen 30° = 0,50 e sen 45° ≈ 0,71, o valor 0,53 corresponde a um ângulo de cerca de 32°. O mais próximo, entre as alternativas, é 30°.

Conferindo: passando para um meio mais refringente, o raio se aproxima da normal: r tem de ser menor que i (cerca de 53°). Isso já elimina 60° e 90°.

⚠️ A armadilha: medir o ângulo a partir da superfície da água, e não da normal. A lei de Snell usa sempre o ângulo com a normal.

A ideia em uma frase: na refração, os ângulos são medidos a partir da normal, e n·sen θ se conserva: ao entrar na água, o raio se aproxima da normal.

Resposta: alternativa A (aproximadamente 30°).