EsPCEx 2016/2017 — questão 21 de Física

Gabarito CÓptica — reflexão em espelho plano seguida de refração (lei de Snell)Concurso de Admissão 2016/2017 · Exame Intelectual, 1º dia · Modelo A
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 21 de Física do EsPCEx 2016/2017

Enunciado em texto

Um raio de luz monocromática propagando-se no ar incide no ponto O, na superfície de um espelho, plano e horizontal, formando um ângulo de 30° com sua superfície.

Após ser refletido no ponto O desse espelho, o raio incide na superfície plana e horizontal de um líquido e sofre refração. O raio refratado forma um ângulo de 30° com a reta normal à superfície do líquido, conforme o desenho abaixo. Sabendo que o índice de refração do ar é 1, o índice de refração do líquido é:

Dados: sen 30° = 1/2 e cos 60° = 1/2; sen 60° = √3/2 e cos 30° = √3/2

[Figura: o espelho horizontal fica em cima, voltado para baixo. O raio sobe da esquerda, atinge o espelho em O formando 30° com a superfície, reflete para baixo e para a direita, e entra no líquido de um recipiente abaixo; dentro do líquido, o raio refratado forma 30° com a normal. Desenho ilustrativo – fora de escala.]

(A) 33\dfrac{\sqrt3}{3}

(B) 32\dfrac{\sqrt3}{2}

(C) 3\sqrt3

(D) 233\dfrac{2\sqrt3}{3}

(E) 232\sqrt3

(Enunciado e figura: EsPCEx — Concurso de Admissão 2016/2017, 1º dia, Modelo A.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Escola Preparatória de Cadetes do Exército (EsPCEx), do Exército Brasileiro.

Resolução comentada

O que a questão pede: o índice de refração do líquido.

Passo 1 — a reflexão. O raio forma 30° com a superfície do espelho, e o refletido também (ângulo de incidência = ângulo de reflexão). Então o raio refletido forma 30° com a horizontal e 60° com a vertical.

Passo 2 — a incidência no líquido. A superfície do líquido também é horizontal, e sua normal é vertical. O ângulo de incidência é 60°.

Passo 3 — Snell:

narsen⁡60∘=nLsen⁡30∘  ⇒  1×32=nL×12  ⇒  nL=3n_{ar}\operatorname{sen}60^\circ = n_L\operatorname{sen}30^\circ \;\Rightarrow\; 1 \times \frac{\sqrt3}{2} = n_L \times \frac12 \;\Rightarrow\; n_L = \sqrt3

⚠️ A armadilha: usar 30° como ângulo de incidência no líquido. Os 30° do enunciado são medidos a partir da superfície do espelho; na lei de Snell os ângulos são medidos a partir da normal.

A ideia em uma frase: na reflexão e na refração, os ângulos são sempre medidos a partir da normal; 30° com a superfície é 60° com a normal.

Resposta: alternativa C.

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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