PUC-PR 2019 (Medicina) — questão 39 de Física
Enunciado em texto
Um feixe de luz monocromática proveniente do ar incide perpendicularmente à face AB de um prisma, cuja secção reta é o triângulo retângulo ABC, conforme mostra a figura a seguir.
[Figura: triângulo retângulo ABC, com o ângulo reto em B, o lado AB vertical à esquerda, o lado BC horizontal embaixo e a hipotenusa AC descendo de A até C; o ângulo em C é 30°. Um raio horizontal vem da esquerda, entra perpendicularmente na face AB e segue reto, sem desvio, até atingir a face AC.]
O feixe atravessa o prisma sem ser desviado até atingir a face AC. A trajetória subsequente do feixe não é mostrada na figura. Sendo respectivamente e os índices de refração do ar e do vidro para a frequência da luz incidente, e dados sen 30° = 0,5 e sen 60°= 0,87, a respeito do que foi descrito, é CORRETO afirmar:
(A) Ao passar do ar para o vidro, a frequência e o comprimento de onda da luz permanecem constantes.
(B) O feixe de luz é desviado ao atravessar a face AC, emergindo dela com ângulo de refração menor do que 60°.
(C) O feixe sofre reflexão total na face AC, atingindo a face BC sob ângulo de incidência igual a 30°.
(D) O feixe de luz sofre refração ao emergir para o ar pela face AC, sendo que, na condição mostrada na figura, atravessa o prisma com desvio mínimo.
(E) O feixe sofre reflexão total na face AC, atingindo perpendicularmente a face BC.
(Enunciado e figura: Vestibular PUCPR 2019 (Verão), Medicina — PUCPR.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR).
Resolução comentada
O que a questão pede: o que acontece com o feixe ao chegar à face AC.
Passo 1 — o ângulo de incidência em AC. O feixe é horizontal e a face AC está inclinada de 30° em relação à horizontal (o ângulo em C). A normal a AC, então, faz 60° com a horizontal, e o ângulo de incidência é:
Passo 2 — o ângulo limite vidro–ar:
Como sen 60° = 0,87 > 0,67, o ângulo de incidência passa do limite: há reflexão total em AC. (Se tentássemos a refração, sairia sen r = 1,5 × 0,87 ≈ 1,3 > 1, impossível.)
Passo 3 — para onde vai o raio refletido. Ele sai de AC com o mesmo ângulo de 60° com a normal, do outro lado. Fazendo a geometria, o raio refletido desce fazendo 60° com a horizontal, isto é, 30° com a vertical. A face BC é horizontal, e a sua normal é vertical: o ângulo de incidência em BC é 30°.
Conferindo em BC: 30° está abaixo do ângulo limite (≈ 42°), então ali o feixe sai do prisma: sen r = 1,5 × 0,5 = 0,75.
Por que não as outras: (A) a frequência se mantém, mas o comprimento de onda diminui no vidro (, com v menor); (B) e (D) não há refração em AC; (E) o raio refletido chega a BC inclinado de 30°, não perpendicular.
⚠️ A armadilha: achar que o ângulo de incidência em AC é 30° (o ângulo do vértice). O ângulo de incidência se mede a partir da normal à face; com a face a 30° da horizontal e o raio horizontal, ele é 60°.
A ideia em uma frase: compare o ângulo de incidência (medido da normal) com o ângulo limite: se passar, a luz é toda refletida e segue pela lei da reflexão.
Resposta: alternativa C (reflexão total em AC; incidência de 30° em BC).
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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