ENEM 2010 — questão 80 de Física
Enunciado em texto
Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresenta valor negativo do índice de refração relativo para a luz visível. Denomina-se metamaterial um material óptico artificial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz, o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais. Esse material tem sido chamado de “canhoto”.
Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 28 abr. 2010 (adaptado).
Considerando o comportamento atípico desse metamaterial, qual é a figura que representa a refração da luz ao passar do ar para esse meio?
a) [Figura: uma linha vertical é a superfície de separação, com o metamaterial à direita; uma linha tracejada horizontal é a normal. A “luz incidente” vem de baixo, pela esquerda, subindo até a superfície. Depois do ponto de incidência, o raio volta para a esquerda, subindo, do lado do ar.]
b) [Figura: a mesma montagem. O raio incidente atravessa a superfície e segue em linha reta, subindo para a direita, dentro do metamaterial, sem desviar.]
c) [Figura: a mesma montagem. O raio incidente entra no metamaterial e segue para a direita quase na horizontal, um pouco acima da normal: desvia aproximando-se da normal, do outro lado dela.]
d) [Figura: a superfície vertical, sem a normal desenhada. O raio incidente vem de baixo, pela esquerda, subindo até a superfície; dentro do metamaterial, o raio segue para a direita descendo, ficando do mesmo lado da normal (abaixo dela) que o raio incidente.]
e) [Figura: a mesma montagem das alternativas A, B e C, com a normal tracejada, mas só com o raio incidente chegando à superfície; não há raio do lado do metamaterial.]
(Enunciado e figura: ENEM 2010, aplicação regular, Caderno 2 – Amarelo — INEP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: como a luz se refrata ao entrar num material de índice de refração negativo.
Passo 1 — a refração comum. Numa refração normal, o raio refratado fica do lado oposto da normal em relação ao raio incidente: se a luz chega por baixo da normal, ela segue, dentro do novo meio, por cima da normal. Pela lei de Snell,
com os dois ângulos medidos em lados opostos da normal.
Passo 2 — índice negativo. Com , a lei de Snell dá um ângulo de refração negativo: o raio refratado vai parar do mesmo lado da normal em que está o raio incidente. A luz entra no metamaterial e “dobra para trás”. Na figura, a luz vem subindo, por baixo da normal; no metamaterial, ela segue para a direita descendo, ainda abaixo da normal. É o que mostra a figura D.
Por que não as outras: (A) mostra a luz voltando para o ar, o que é reflexão, não refração. (B) mostra a luz passando sem desvio, como se os índices fossem iguais. (C) é a refração comum, num material de índice positivo maior que o do ar. (E) mostra a luz não entrando, sem raio refratado.
⚠️ A armadilha: a alternativa A, que também parece “estranha”. Mas nela o raio continua no ar: é reflexão. A refração exige que a luz passe para o outro meio, e o comportamento atípico está em ela ficar do mesmo lado da normal.
A ideia em uma frase: no material de índice negativo, o raio refratado entra no novo meio do mesmo lado da normal que o raio incidente.
Resposta: alternativa D.
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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