EEAR 2021 (CFS 1) — questão 75 de Física

Gabarito AÓptica — refração e lei de SnellExame de Admissão ao CFS 1/2021 · Física
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 75 de Física do EEAR 2021 (CFS 1)

Enunciado em texto

Na tabela a seguir são apresentados os valores dos índices de refração absolutos para um cristal e para um vidro comum referente a luz monocromática de cor azul.

Meion (luz azul)
Vidro comum1,35
Cristal1,62

(Título da tabela no caderno: “Índice de refração (n) para a luz monocromática de cor azul”.)

Admitindo o índice de refração do ar igual a 1, se ambos os materiais, constituídos de superfícies planas, forem expostos ao raio de luz monocromática azul sob o mesmo ângulo de incidência ( ı^\hat{\imath} ), conforme o desenho. Qual a relação entre os senos dos ângulos α^\hat{\alpha} (ângulo refratado pelo vidro comum) e β^\hat{\beta} (ângulo refratado pelo cristal), em relação a normal (N)?

[Figura: dois desenhos lado a lado. No da esquerda, um raio vem do ar, faz o ângulo ı^\hat{\imath} com a normal N e passa para o “vidro comum”, onde faz o ângulo α^\hat{\alpha} com a normal. No da direita, o mesmo raio, com o mesmo ângulo ı^\hat{\imath}, passa do ar para o “cristal”, onde faz o ângulo β^\hat{\beta} com a normal.]

a) sen α^=1,2 sen β^\text{sen}\,\hat{\alpha} = 1{,}2\ \text{sen}\,\hat{\beta}

b) sen β^=1,2 sen α^\text{sen}\,\hat{\beta} = 1{,}2\ \text{sen}\,\hat{\alpha}

c) sen α^sen β^=2,1\dfrac{\text{sen}\,\hat{\alpha}}{\text{sen}\,\hat{\beta}} = 2{,}1

d) sen β^sen α^=2,1\dfrac{\text{sen}\,\hat{\beta}}{\text{sen}\,\hat{\alpha}} = 2{,}1

(Enunciado e figura: Exame de Admissão ao CFS 1/2021 — EEAR.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR), do Comando da Aeronáutica.

Resolução comentada

O que a questão pede: comparar os senos dos ângulos de refração no vidro e no cristal, para o mesmo ângulo de incidência.

Passo 1 — Snell nos dois casos. Com nar=1n_{\text{ar}} = 1:

sen ı^=1,35 sen α^\text{sen}\,\hat{\imath} = 1{,}35\ \text{sen}\,\hat{\alpha}

sen ı^=1,62 sen β^\text{sen}\,\hat{\imath} = 1{,}62\ \text{sen}\,\hat{\beta}

Passo 2 — igualar. O lado esquerdo é o mesmo nas duas, então:

1,35 sen α^=1,62 sen β^1{,}35\ \text{sen}\,\hat{\alpha} = 1{,}62\ \text{sen}\,\hat{\beta}

sen α^=1,621,35 sen β^=1,2 sen β^\text{sen}\,\hat{\alpha} = \frac{1{,}62}{1{,}35}\ \text{sen}\,\hat{\beta} = 1{,}2\ \text{sen}\,\hat{\beta}

Conferindo: o cristal tem índice maior, então desvia mais a luz para perto da normal: β^<α^\hat{\beta} < \hat{\alpha}. Faz sentido que o seno de α seja o maior.

⚠️ A armadilha: inverter a proporção e achar que o seno é proporcional ao índice. Isso dá a alternativa B. Na lei de Snell, n⋅sen θn \cdot \text{sen}\,\theta é constante: índice maior, seno menor.

A ideia em uma frase: com a mesma incidência, n·sen θ é o mesmo nos dois meios: o seno do ângulo refratado é inversamente proporcional ao índice.

Resposta: alternativa A (sen α^=1,2 sen β^\text{sen}\,\hat{\alpha} = 1{,}2\ \text{sen}\,\hat{\beta}).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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