UEM 2023 (PAS, etapa 3, Conhecimentos Específicos) — questão 33 de Física

Gabarito 11Ondas — polarização da luz: polarizadores, lei de Malus e reflexãoPAS · etapa 3 · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)

Enunciado da questão 33 de Física do UEM 2023 (PAS, etapa 3, Conhecimentos Específicos) — Enunciado — imagem da prova

Enunciado em texto

Considere uma onda plana de luz não polarizada incidindo perpendicularmente no plano de um filme fino. Esse filme é constituído por moléculas cilíndricas com raio desprezível em comparação ao seu comprimento. Essa estrutura microscópica, quando orientada em uma dada direção, faz que o filme se torne um polarizador. Em laboratórios de óptica, sistemas de polarizadores são tipicamente obtidos quando se faz uma sequência de dois ou mais filmes polarizadores dispostos horizontalmente (sistemas aqui representados esquematicamente por $P_1 \to P_2 \to P_3 \to \cdots$ ). Assinale o que for correto.

(01) Ondas transversais podem ser polarizadas.

(02) Uma luz não polarizada terá sua intensidade diminuída após passar por um filme polarizador.

(04) Uma luz polarizada, ao ser refletida por um espelho plano, tornar-se-á uma luz não polarizada.

(08) Não haverá luz emergente de um sistema de dois filmes ( $P_1 \to P_2$ ) que polarizam a luz em direções perpendiculares entre si.

(16) Não haverá luz emergente de um sistema de três filmes polarizadores ( $P_1 \to P_2 \to P_3$ ) dispostos horizontalmente, cujas direções de polarização (em relação à vertical) são dadas pelos ângulos $\theta_1 = 0$ , $\theta_2 = \pi/4$ , $\theta_3 = \pi/2$ , respectivamente.

(Enunciado: PAS UEM 2023, etapa 3, 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: julgar afirmações sobre polarização e sistemas de polarizadores.

Passo 1 — as duas regras. Luz não polarizada que atravessa um polarizador sai polarizada, com metade da intensidade. Luz já polarizada que atravessa um polarizador cujo eixo faz ângulo θ com a sua polarização sai com (lei de Malus)

$I = I_0\cos^2\theta$

(01) Verdadeira. Polarizar é selecionar uma direção de vibração perpendicular à propagação, o que só faz sentido em ondas transversais, como a luz. (O som no ar, longitudinal, não se polariza.)

(02) Verdadeira. O polarizador deixa passar só a componente do campo elétrico ao longo do seu eixo: a intensidade cai à metade.

(04) Falsa. A reflexão num espelho plano não “embaralha” as direções de vibração: a luz refletida continua polarizada.

(08) Verdadeira. Depois de $P_1$ a luz vibra numa direção; $P_2$ , perpendicular, faz $\theta = 90^{\circ}$ e $\cos^2 90^{\circ} = 0$ : nada passa (polarizadores cruzados).

(16) Falsa. Com o filme do meio a 45°, a luz passa em duas etapas de 45°:

$I_1 = \frac{I_0}{2}$

$I_2 = \frac{I_0}{2}\cos^2 45^{\circ} = \frac{I_0}{4}$

$I_3 = \frac{I_0}{4}\cos^2 45^{\circ} = \frac{I_0}{8}$

Sai 1/8 da intensidade inicial.

⚠️ A armadilha: na (16), achar que, se $P_1$ e $P_3$ estão cruzados, nada passa, qualquer que seja o filme do meio. O polarizador intermediário “gira” a polarização aos poucos e deixa luz passar.

A ideia em uma frase: o primeiro polarizador corta a luz natural pela metade, cada seguinte multiplica por cos²θ; cruzados direto, nada passa, mas com um a 45° no meio sai 1/8.

Resposta: soma 11 (01 + 02 + 08).

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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UEM 2023 (PAS, etapa 3, Conhecimentos Específicos) — questão 33 de Física

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