UFRGS 2024 — questão 24 de Física
Enunciado em texto
A figura abaixo mostra um raio i de luz monocromática que, propagando-se no ar, incide radialmente na superfície circular de um semicilindro de vidro transparente.
[Figura: um semicilindro de vidro com a face plana horizontal embaixo e a face curva em cima. O raio i vem do alto, pela esquerda, atravessa a face curva e chega ao centro da face plana; ali há uma linha tracejada vertical (a normal), subindo até a face curva. Abaixo da face plana, saindo do centro, há três raios: 1, vertical para baixo; 2, na mesma direção do raio i (sem desvio); 3, mais inclinado que o 2, mais afastado da vertical. Do centro também sobe, para a direita, o raio refletido r, dentro do vidro, até a face curva. Do ponto onde r atinge a face curva saem para o ar três raios: 4, quase vertical, inclinado para a esquerda em relação a r; 5, na mesma direção de r (sem desvio); 6, bem mais inclinado para a direita.]
Ao penetrar no semicilindro, a luz é parcialmente refletida na superfície plana interna, raio r, e parcialmente refratada para o ar.
O raio r refletido, ao atingir a superfície circular, também emerge para o ar.
Entre os raios representados na figura acima, quais deles melhor representam, respectivamente, os raios refratados na superfície plana e na superfície circular?
(A) 1 – 4.
(B) 2 – 5.
(C) 2 – 4.
(D) 3 – 5.
(E) 3 – 6.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular UFRGS 2024, Física — UFRGS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Comissão Permanente de Seleção (COPERSE).
Resolução comentada
O que a questão pede: qual raio sai pela face plana e qual sai pela face curva.
Passo 1 — a entrada. O raio i chega na direção de um raio do círculo (incidência radial), ou seja, perpendicular à face curva. Com incidência normal não há desvio: ele entra em linha reta e chega ao centro da face plana.
Passo 2 — a refração na face plana. Ali a luz passa do vidro para o ar, de um meio mais refringente para um menos refringente. Pela lei de Snell, o raio refratado se afasta da normal (a vertical tracejada):
Como , . O raio 1 está sobre a normal e o raio 2 segue reto, sem desvio; só o raio 3 se afasta mais da normal que o incidente. Refratado na face plana: 3.
Passo 3 — a saída pela face curva. O raio refletido r parte do centro da face plana, que é o centro do círculo. Então r também segue um raio do círculo e chega perpendicular à face curva: sai para o ar sem desviar, na mesma direção. Esse é o raio 5.
Por que não as outras: 4 e 6 seriam desvios na face curva, que só aconteceriam com incidência oblíqua; o 2 exigiria que vidro e ar tivessem o mesmo índice; o 1 só valeria se o raio chegasse pela normal.
⚠️ A armadilha: aplicar a regra “do vidro para o ar, afasta-se da normal” também na face curva e marcar 3 – 6 (alternativa E). Na face curva o raio r chega pela própria normal, e com ângulo de incidência zero não há desvio nenhum.
A ideia em uma frase: raio que passa pelo centro do semicilindro cruza a face curva sem desvio; na face plana, saindo do vidro para o ar, ele se afasta da normal.
Resposta: alternativa D (3 – 5).
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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