UEM 2021 (Conhecimentos Específicos) — questão 37 de Física

Gabarito 26Óptica — reflexão e refração numa interface: lei de Snell, ângulo entre os raios e velocidade da luzVestibular · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 37 de Física do UEM 2021 (Conhecimentos Específicos)

Enunciado em texto

Um feixe de luz incide sobre a interface plana de dois materiais transparentes. Inicialmente, o feixe se propaga através do material 1 (índice de refração n1=1,2n_1 = 1{,}2). Ao incidir na interface, parte do feixe atravessa para o material 2 (índice de refração n2=1,5n_2 = 1{,}5) e parte é refletida de volta para o material 1. O feixe incidente, o feixe refratado e o feixe refletido pertencem ao mesmo plano perpendicular ao plano da interface. Sabe-se que o feixe incidente faz um ângulo de 60° com o plano da interface. Considerando que os ângulos de reflexão e de refração são medidos em relação a uma normal ao plano da interface, assinale o que for correto. (Dado: sen−10,3=17,46∘\text{sen}^{-1}0{,}3 = 17{,}46^{\circ}, sen−10,4=23,58∘\text{sen}^{-1}0{,}4 = 23{,}58^{\circ}, sen−10,45=26,74∘\text{sen}^{-1}0{,}45 = 26{,}74^{\circ}, sen−10,5=30∘\text{sen}^{-1}0{,}5 = 30^{\circ}, sen−10,55=33,37∘\text{sen}^{-1}0{,}55 = 33{,}37^{\circ}).

(01) O ângulo de reflexão é igual a 26,74°.

(02) O ângulo de refração é igual a 23,58°.

(04) O ângulo entre o raio refletido e o raio refratado é menor que 120°.

(08) A velocidade do feixe de luz no material 2 é igual a 23c\frac{2}{3}c, em que cc é a velocidade da luz no vácuo.

(16) A velocidade do feixe de luz no material 1 é maior que a velocidade do feixe de luz no material 2.

(Enunciado: Vestibular UEM 2021, Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).

Resolução comentada

O que a questão pede: aplicar as leis da reflexão e da refração, lembrando que os ângulos são medidos com a normal.

Passo 1 — ângulo de incidência: 60° com o plano da interface é 90∘−60∘=30∘90^{\circ} - 60^{\circ} = 30^{\circ} com a normal.

Passo 2 — refração (lei de Snell):

1,2⋅sen 30∘=1,5⋅sen r1{,}2 \cdot \text{sen}\,30^{\circ} = 1{,}5 \cdot \text{sen}\,r

sen r=0,61,5=0,4\text{sen}\,r = \frac{0{,}6}{1{,}5} = 0{,}4

r=23,58∘r = 23{,}58^{\circ}

(01) Falsa. O ângulo de reflexão é igual ao de incidência: 30°.

(02) Verdadeira. r=23,58°r = 23{,}58°.

(04) Falsa. O refletido fica do lado do material 1, a 30° da normal; o refratado, do outro lado, a 23,58° do prolongamento da normal. Entre eles:

180∘−30∘−23,58∘=126,42∘180^{\circ} - 30^{\circ} - 23{,}58^{\circ} = 126{,}42^{\circ}

É mais que 120°.

(08) Verdadeira.

v2=cn2=c1,5=23 cv_2 = \frac{c}{n_2} = \frac{c}{1{,}5} = \frac{2}{3}\,c

(16) Verdadeira. v1=c/1,2>c/1,5=v2v_1 = c/1{,}2 > c/1{,}5 = v_2: no meio de menor índice, a luz é mais rápida.

⚠️ A armadilha: usar 60° na lei de Snell. Esse é o ângulo com a superfície; o ângulo de incidência é o complemento, 30°. (Com 60°, sairia sen r≈0,69\text{sen}\,r \approx 0{,}69, que nem está na tabela.)

A ideia em uma frase: ângulos de óptica se medem com a normal; reflexão: i = r; refração: n₁ sen i = n₂ sen r.

Resposta: soma 26 (02 + 08 + 16).

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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