ITA 2017 — questão 10 de Física

Enunciado em texto
A figura mostra dois anteparos opacos à radiação, sendo um com fenda de tamanho variável , com centro na posição , e o outro com dois fotodetectores de intensidade da radiação, tal que se situa em e , em . No sistema incide radiação eletromagnética de comprimento de onda constante. Num primeiro experimento, a relação entre e é tal que , e são feitas as seguintes afirmativas: I. Só detecta radiação. II. e detectam radiação. III. não detecta e detecta radiação. Num segundo experimento, é reduzido até à ordem do comprimento de e, neste caso, são feitas estas afirmativas: IV. detecta radiação de menor intensidade que a detectada em . V. Só detecta radiação. VI. Só detecta radiação. Assinale as afirmativas possíveis para a detecção da radiação em ambos os experimentos.
[Figura: uma onda de comprimento chega da esquerda a um anteparo com uma fenda de largura ; uma linha tracejada sai do centro da fenda, perpendicular ao anteparo, até o segundo anteparo, onde está (em ); está no mesmo anteparo, mais acima, a uma distância de , ao longo do eixo .]
A) I, II e IV
B) I, IV e V
C) II, IV e V
D) III, V e VI
E) I, IV e VI
(Enunciado e figura: Vestibular ITA 2017, prova de Física — ITA.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).
Resolução comentada
O que a questão pede: o que cada detector pode registrar com fenda larga () e com fenda estreita ().
Passo 1 — fenda larga: vale a óptica geométrica. Com , a difração é desprezível: passa um feixe praticamente reto, da largura da fenda, centrado em . Ele atinge , mas não , que está a mais de 4d do centro, longe da faixa iluminada.
I possível; II e III não.
Passo 2 — fenda estreita: a onda se espalha. Com da ordem de , a difração abre bastante o feixe. A figura de difração de fenda única tem o máximo central (o mais intenso) bem em frente à fenda, em , e franjas laterais mais fracas, separadas por mínimos de intensidade zero.
IV possível: se cair numa região iluminada, ele recebe menos que , que está no máximo central.
V possível: se a geometria (distância entre os anteparos, que o enunciado não fixa) puser exatamente sobre um mínimo, só detecta.
VI impossível: está no máximo central, que nunca se apaga.
Sequência possível: I, IV e V.
⚠️ A armadilha: achar que, ao estreitar a fenda, a luz “sai do centro” e vai para os lados, marcando VI (alternativas D ou E). A difração espalha a luz, mas o centro continua sendo o ponto mais claro.
A ideia em uma frase: fenda bem maior que λ, a luz vai reta; fenda da ordem de λ, ela se espalha, mas o máximo central continua em frente à fenda.
Resposta: alternativa B (I, IV e V).
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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