OBF 2024 (1ª fase, Nível I) — questão 18 de Física
Enunciado em texto
Em caso de emergência uma lupa (lente de aumento) pode ser usada para acender uma fogueira em um dia ensolarado. Considere uma situação na qual os raios solares incidem perpendicularmente ao plano da lupa. Caso o papel seja posicionado a uma certa distância da lupa, ocorre a formação de um círculo brilhante de luz no centro da sombra da lupa (veja figura). Depois de algum tempo, o papel entra em combustão. Considerando essa situação, é correto afirmar que:
[Foto: uma lupa presa num suporte, sobre um piso de tijolos, sob o sol; atrás dela, uma folha de papel branco mostra a sombra da lupa, com um pequeno círculo bem brilhante no meio da sombra.]
(a) A lupa multiplica a energia solar incidente e a ignição do papel ocorre quando a energia luminosa absorvida atingir um limiar.
(b) A lupa multiplica a energia solar incidente e a ignição do papel ocorre quando a temperatura do papel atingir um limiar.
(c) A lupa concentra (focaliza) a energia solar incidente e a ignição do papel ocorre quando a energia luminosa absorvida atingir um limiar.
(d) A lupa concentra (focaliza) a energia solar incidente e a ignição do papel ocorre quando a temperatura do papel atingir um limiar.
(e) A lupa concentra (focaliza) a energia solar incidente e a ignição do papel ocorre quando a energia luminosa absorvida e a temperatura do papel atingirem seus respectivos limiares.
(Enunciado e figura: Olimpíada Brasileira de Física 2024, 1ª fase, Nível I — SBF.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Sociedade Brasileira de Física (SBF), Olimpíada Brasileira de Física.
Resolução comentada
O que a questão pede: o que a lupa faz com a luz do Sol e o que decide o momento em que o papel pega fogo.
Passo 1 — a lupa concentra, não multiplica. A lente não cria energia: toda a luz que passa por ela é a que já chegava à sua área. Ela desvia os raios e os junta numa região pequena. Por isso a sombra da lupa aparece escura em volta e o centro, muito brilhante: a luz que deveria iluminar a área da sombra foi toda reunida no pequeno círculo. A mesma energia por segundo, numa área muito menor, aquece muito mais aquele ponto.
Passo 2 — o que faz o papel pegar fogo. O papel absorve a luz concentrada e esquenta. Ele começa a queimar quando chega à sua temperatura de ignição (para o papel, algo em torno de 230 °C). O que importa é a temperatura, não um total de energia absorvida: se a luz for espalhada numa área grande, o papel pode absorver muita energia ao longo do dia e nunca queimar, porque perde calor para o ar e não esquenta o suficiente.
Por que não as outras: (A) e (B) dizem que a lupa multiplica a energia, o que violaria a conservação da energia; (C) põe o limiar na energia absorvida, e não na temperatura; (E) exige dois limiares, mas o que dispara a combustão é só a temperatura.
⚠️ A armadilha: a (C) ou a (E). Elas acertam a concentração da luz, mas pensam que existe uma “quantidade de energia” para o papel queimar. O que existe é uma temperatura mínima, e a energia absorvida só importa porque é ela que aquece o papel até lá.
A ideia em uma frase: a lupa junta a mesma luz numa área pequena; o papel queima quando aquele ponto chega à temperatura de ignição.
Resposta: alternativa D (concentra a luz; ignição quando a temperatura atinge o limiar).
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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