FMJ 2014 — questão 41 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: qual fenômeno óptico mantém a luz presa dentro da fibra.

Passo 1 — a estrutura da fibra. O núcleo da fibra tem índice de refração maior que o do material que o envolve (a casca, ou o ar). A luz entra quase paralela ao eixo da fibra e, por isso, bate nas paredes com ângulos de incidência grandes.

Passo 2 — reflexão total. Quando a luz vai de um meio mais refringente para um menos refringente com ângulo de incidência maior que o ângulo limite L,

$$\text{sen}\,L = \frac{n_{\text{casca}}}{n_{\text{núcleo}}}$$

não há raio refratado: toda a luz é refletida de volta para o núcleo. Isso se repete a cada toque na parede, e a luz avança por sucessivas reflexões totais, mesmo que a fibra faça curvas suaves. Como nada escapa pela lateral, a perda é muito pequena, e é por isso que a fibra serve para endoscopia e para transmitir dados a grandes distâncias.

Por que não as outras: a refração acontece só na entrada e na saída da fibra, não ao longo do caminho (C, D, E); se houvesse refração nas paredes, a luz sairia da fibra. A difração (B, E) é o “espalhamento” da onda ao passar por fendas ou obstáculos de tamanho comparável ao comprimento de onda e não é o que guia a luz.

⚠️ A armadilha: marcar a D, lembrando que “há refração na entrada”. É verdade, mas a transmissão no interior da fibra é feita só por reflexões. E a reflexão é total justamente porque não há refração para fora.

A ideia em uma frase: a fibra óptica guia a luz por reflexões totais sucessivas, porque o núcleo é mais refringente que a casca e a luz bate nas paredes acima do ângulo limite.

Resposta: alternativa A (sucessivas reflexões).