Santa Casa 2027 — questão 66 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: ler um desvio e tirar dele todas as consequências. Cinco afirmações, e cada uma testa uma peça diferente da refração.

Passo 1 — o que o desvio informa. O raio se aproxima da normal ao entrar na água. Pela lei de Snell:

$$n_{ar}\operatorname{sen}\theta_{ar} = n_{água}\operatorname{sen}\theta_{água}$$

Se $\theta_{água} < \theta_{ar}$, então $\operatorname{sen}\theta_{água} < \operatorname{sen}\theta_{ar}$ e, para a igualdade valer:

$$n_{água} > n_{ar}$$

Aproximar-se da normal significa entrar num meio MAIS refringente. Guardada essa frase, a questão inteira se desdobra dela.

Passo 2 — o que muda e o que não muda. Esta é a tabela que a questão cobra:

$$\lambda_{água} = \frac{v_{água}}{f} = \frac{c}{n_{água}\,f} = \frac{\lambda_{ar}}{n_{água}/n_{ar}} < \lambda_{ar}$$

A alternativa D diz exatamente isso — e é a resposta.

Agora, uma a uma, por que as outras caem:

⚠️ (A) — reflexão total do ar para a água: impossível. A reflexão total só ocorre quando a luz vai do meio mais refringente para o menos refringente. Aqui ela vai do ar (menos) para a água (mais), e não há ângulo limite nenhum nesse sentido: por maior que seja a incidência, sempre há raio refratado. O sentido da travessia é metade da condição, e é a metade que se esquece.

⚠️ (B) — frequência diminui: o erro mais comum da óptica ondulatória. Se a frequência mudasse, a cor mudaria, e um objeto vermelho dentro d'água apareceria de outra cor. Não aparece. A fronteira não cria nem destrói oscilações: o número de cristas que chega por segundo é o número que sai por segundo.

⚠️ (C) — velocidade aumenta "pois é mais refringente": a frase se contradiz. Refringência maior é exatamente $n$ maior, e $v = c/n$ — logo velocidade menor. A alternativa acerta o fato (a água é mais refringente) e inverte a conclusão.

⚠️ (E) — índice do ar maior: contradiz a figura. É a leitura invertida do Passo 1. Vale fixar o par: afastou-se da normal → foi para o meio menos refringente; aproximou-se → foi para o mais refringente.

Os números, para ancorar. $n_{ar} \approx 1{,}00$ e $n_{água} \approx 1{,}33$. A luz que no vácuo corre a $3{,}0\times10^{8}$ m/s passa a $2{,}25\times10^{8}$ m/s na água. Uma luz verde de 500 nm no ar tem $500/1{,}33 \approx 376$ nm dentro da água — e continua verde, porque o olho lê frequência, não comprimento de onda.

Por que a colher parece quebrada no copo. É esta mesma questão, vista do outro lado: a luz que sai da água para o ar se afasta da normal, e o cérebro, que supõe propagação retilínea, projeta a imagem da parte submersa mais para cima. O desvio da figura é o mesmo fenômeno, só que de entrada.

A ideia em uma frase: a frequência é da fonte e não muda; quem se ajusta ao meio são a velocidade e o comprimento de onda, os dois para baixo na água.

Resposta: alternativa D.