UNICAMP 2008 (2ª fase) — questão 12 de Física

DiscursivaÓptica — espelho esférico convexo: equação de Gauss e aumento linear2ª fase · Física (discursiva)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 12 de Física do UNICAMP 2008 (2ª fase)

Enunciado em texto

Para espelhos esféricos nas condições de Gauss, a distância do objeto ao espelho, p, a distância da imagem ao espelho, p′p^{\prime}, e o raio de curvatura do espelho, R, estão relacionados através da equação 1p+1p′=2R\dfrac{1}{p} + \dfrac{1}{p^{\prime}} = \dfrac{2}{R}. O aumento linear transversal do espelho esférico é dado por A=−p′pA = \dfrac{-p^{\prime}}{p}, onde o sinal de A representa a orientação da imagem, direita quando positivo e invertida, quando negativo.

Em particular, espelhos convexos são úteis por permitir o aumento do campo de visão e por essa razão são freqüentemente empregados em saídas de garagens e em corredores de supermercados. A figura ao lado mostra um espelho esférico convexo de raio de curvatura R. Quando uma pessoa está a uma distância de 4,0 m da superfície do espelho, sua imagem virtual se forma a 20 cm deste, conforme mostra a figura. Usando as expressões fornecidas acima, calcule o que se pede.

(Figura: uma pessoa de altura H, de pé, a 4,0 m da superfície de um espelho convexo; atrás do espelho, a 20 cm da superfície, aparece a imagem direita e pequena, de altura h; o centro de curvatura C fica atrás do espelho, à distância R da superfície.)

a) O raio de curvatura do espelho.

b) O tamanho h da imagem, se a pessoa tiver H = 1,60 m de altura.

(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2008, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.

Resolução comentada

O que a questão pede: (a) o raio de curvatura do espelho convexo; (b) a altura da imagem da pessoa.

Item (a) — sinais. O objeto é real: p = +4,0 m. A imagem é virtual (atrás do espelho): p′=−0,20p^{\prime} = -0{,}20 m. Na equação de Gauss:

2R=14,0+1−0,20\frac{2}{R} = \frac{1}{4{,}0} + \frac{1}{-0{,}20}

2R=0,25−5=−4,75 m−1\frac{2}{R} = 0{,}25 - 5 = -4{,}75\ \text{m}^{-1}

R=2−4,75≈−0,42 mR = \frac{2}{-4{,}75} \approx -0{,}42\ \text{m}

O sinal negativo indica espelho convexo. O raio de curvatura mede cerca de 42 cm.

Item (b) — aumento.

A=−p′p=0,204,0=0,05A = \frac{-p^{\prime}}{p} = \frac{0{,}20}{4{,}0} = 0{,}05

h=A H=0,05×1,60=0,080 mh = A\,H = 0{,}05 \times 1{,}60 = 0{,}080\ \text{m}

A imagem tem 8,0 cm e é direita (A positivo), como no desenho.

⚠️ A armadilha: usar p′=+0,20p^{\prime} = +0{,}20 m, esquecendo que imagem virtual tem sinal negativo. Aí 2/R = 5,25 e R ≈ 38 cm, positivo, o que seria um espelho côncavo. A figura e a palavra “virtual” mandam usar o sinal negativo.

A ideia em uma frase: na equação de Gauss, imagem virtual entra com sinal negativo, e um R negativo confirma que o espelho é convexo.

Resposta: (a) R≈−42R \approx -42 cm, isto é, raio de curvatura de cerca de 42 cm (o sinal negativo indica espelho convexo); (b) h = 8,0 cm.

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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