ENEM 2022 PPL — questão 93 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: o ângulo de refração e a relação entre os índices que garantem a reflexão interna total dentro da fibra.

Passo 1 — a condição de existência. A reflexão interna total só acontece quando a luz vai do meio mais refringente para o menos refringente. A luz viaja pelo núcleo (índice $n_1$) e tenta escapar para a casca (índice $n_2$). Então é obrigatório:

$$n_1 > n_2 \quad\Longleftrightarrow\quad \boxed{n_2 < n_1}$$

Isso já elimina metade das alternativas de uma vez. Se fosse o contrário, a luz atravessaria a casca e vazaria — a fibra não funcionaria.

Passo 2 — o ângulo de refração no limite. Aumentando o ângulo de incidência, o raio refratado vai se afastando da normal. No ângulo limite, o raio refratado sai rasante à superfície de separação — ou seja, formando $90^\circ$ com a normal:

$$n_1 \sin\theta_L = n_2 \sin 90^\circ \;\Rightarrow\; \sin\theta_L = \frac{n_2}{n_1}$$

Passando desse ângulo, não existe mais raio refratado: toda a luz é refletida de volta para dentro do núcleo. O ângulo de refração de $90^\circ$ é exatamente a fronteira do fenômeno.

Passo 3 — juntar. Ângulo de refração $= 90^\circ$ e $n_2 < n_1$.

Resposta: alternativa E.

Por que a resposta não é "nulo": ângulo de refração nulo significa o raio saindo perpendicular à superfície, ou seja, atravessando — o oposto de ficar preso dentro.

Por que não $45^\circ$: o ângulo limite não é um número fixo; ele depende da razão $n_2/n_1$ e muda de fibra para fibra.

Por que isso importa na prática: é essa reflexão que faz a luz percorrer quilômetros de fibra ricocheteando nas paredes internas, praticamente sem perda. Toda a internet do mundo atravessa oceanos por causa dessa desigualdade de duas letras.

A ideia em uma frase: núcleo mais refringente que a casca, e refração a 90° — daí em diante a luz não sai mais.