PUC-SP 2019 — questão 10 de Física

Enunciado em texto
Quando necessário, adote os valores da tabela:
• módulo da aceleração da gravidade: • calor específico da água: • densidade da água: • • • 1cal = 4,0 J
Determine, em metros, a altura de uma árvore que é vista por um observador de postura perfeitamente ereta, cujos olhos estão distantes 1,70m do solo e que recebem os raios refletidos por um espelho plano, provenientes do topo dessa árvore. Os olhos do observador estão distantes 1,00m do espelho e a base dessa árvore dista 3,00m dos pés do observador. Sabe-se que o ângulo que o raio incidente forma com a superfície refletora do espelho plano vale 70º.
Dados:
tg 70º = 2,75
tg 20º = 0,36
[Figura: à esquerda, um espelho plano vertical (com um transferidor desenhado junto ao ponto de incidência); à direita, uma árvore. Um raio sai do topo da árvore, desce até o espelho e, refletido, desce até o olho do observador, que fica entre o espelho e a árvore. Embaixo, a linha do solo.]
(A) 15,45.
(B) 12,70.
(C) 3,50.
(D) 3,14.
(Enunciado e figura: Vestibular PUC-SP 2019 — PUC-SP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP).
Resolução comentada
O que a questão pede: a altura da árvore, usando o raio que vai do topo dela ao espelho e de lá ao olho.
Passo 1 — o ângulo útil. O raio forma 70° com a superfície do espelho, que é vertical. Então ele forma 20° com a horizontal (a normal ao espelho). Pela lei da reflexão, o raio refletido também forma 20° com a horizontal, do outro lado da normal.
Passo 2 — do espelho ao olho. O olho está 1,00 m à frente do espelho e o raio refletido desce até ele. Em 1,00 m na horizontal, o raio desce:
Logo, o ponto de incidência no espelho está a 1,70 + 0,36 = 2,06 m do solo.
Passo 3 — do espelho à árvore. A árvore está 3,00 m além dos pés do observador, ou seja, a 1,00 + 3,00 = 4,00 m do espelho. O raio incidente sobe, do espelho até o topo, também a 20° da horizontal:
Passo 4 — a altura da árvore:
Conferindo: todo o caminho “desdobrado” tem 5,00 m na horizontal a 20°: o topo da árvore fica 5,00 × 0,36 = 1,80 m acima do olho, e 1,70 + 1,80 = 3,50 m.
⚠️ As armadilhas: usar 70° como ângulo com a horizontal (tg 70° = 2,75): dá 1,70 + 5 × 2,75 = 15,45 m, a alternativa A. E medir a distância até a árvore como 3,00 m, a partir do espelho: dá 1,70 + 4 × 0,36 = 3,14 m, a alternativa D. A árvore está 3 m além dos pés do observador, e o observador já está 1 m à frente do espelho.
A ideia em uma frase: ângulo com a superfície é o complemento do ângulo com a normal; com a reflexão, o caminho do raio vira uma reta só, “desdobrada” no espelho.
Resposta: alternativa C (3,50 m).
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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