UNICAMP 2025 (2ª fase) — questão 14 de Física

Enunciado em texto
Quando colocamos água em um copo, ele passa a atuar como uma lente cilíndrica. Ao posicionarmos o objeto atrás do copo com água, as características da imagem dependem de sua posição, a exemplo do que acontece com uma lente delgada. Como observado na Figura A, a imagem produzida é real, invertida e maior que o objeto.
(Figura A: duas fotos de um copo diante de duas setas vermelhas que apontam para a direita. Na foto da esquerda, o copo está vazio (“ar”) e as duas setas aparecem apontando para a direita. Na foto da direita, o copo tem água até a metade: a seta de cima, vista através do ar, continua apontando para a direita; a de baixo, vista através da “água”, aparece apontando para a esquerda e maior.)
a) As posições do centro de curvatura e do foco de uma lente delgada estão representadas no eixo óptico ilustrado na Figura B no espaço de respostas. Para que a imagem produzida pela lente seja real, invertida e maior que o objeto, faça o que se pede:
i) represente uma lente delgada no ponto O, explicitando se ela é divergente ou convergente.
ii) posicione o objeto corretamente, representando-o como uma seta apontando para cima, com a base no eixo óptico.
iii) usando o comportamento de dois raios notáveis, encontre a imagem com as características acima, representando-a como uma seta apontando para baixo e com a base no eixo óptico.
b) Considere agora uma lente divergente delgada com distância focal cm. Um objeto está posicionado a uma distância cm dessa lente. Qual é o aumento linear transversal da imagem gerada?
(Figura B: um quadriculado com um eixo óptico horizontal. Sobre o eixo, da esquerda para a direita, os pontos , , O, F e C, igualmente espaçados, a dois quadradinhos um do outro. Assim, a distância focal vale 2 quadradinhos e o centro de curvatura está a 4 quadradinhos de O, dos dois lados.)
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2025, 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) desenhar a lente, o objeto e a imagem real, invertida e maior; (b) o aumento de uma lente divergente.
Item (a)(i) — a lente. Lente divergente só dá imagem virtual, direita e menor de objeto real. Imagem real e invertida exige lente convergente. No ponto O desenha-se um segmento vertical com pontas de seta para fora nas duas extremidades (o símbolo de lente convergente), e escreve-se “convergente”.
Item (a)(ii) — o objeto. Numa lente convergente, a imagem é real, invertida e maior quando o objeto está entre o foco e o centro de curvatura (entre e ). Então a seta para cima fica entre e , do lado esquerdo da lente.
Item (a)(iii) — dois raios notáveis. Da ponta do objeto: (1) um raio paralelo ao eixo, que depois da lente passa pelo foco F; (2) um raio que passa pelo centro O e segue sem desvio. Os dois se cruzam do lado direito, além de C, abaixo do eixo. Ali fica a ponta da imagem: uma seta para baixo, maior que o objeto.
Conferindo com números: em quadradinhos, . Com o objeto a (no meio entre e ), a equação de Gauss dá , isto é, (além de C, que está a 4), e : invertida e duas vezes maior. Na resposta esperada, o objeto está entre e e a imagem, invertida e maior, fica à direita de C.
Item (b) — equação de Gauss com cm e cm:
O sinal negativo indica imagem virtual, do mesmo lado do objeto. O aumento:
Conferindo: positivo e menor que 1: imagem direita e dez vezes menor, como sempre na lente divergente com objeto real. Atalho: .
⚠️ A armadilha: no item (a), confundir com espelho côncavo e desenhar os raios “voltando” (a banca destacou essa confusão), ou pôr o objeto além de , o que dá imagem real e invertida, mas menor. No item (b), esquecer o sinal negativo da distância focal: com cm sairia cm e .
A ideia em uma frase: imagem real, invertida e maior pede lente convergente com o objeto entre f e 2f; lente divergente dá sempre imagem virtual, direita e menor.
Resposta: (a) lente convergente em O; objeto entre e ; imagem real, invertida e maior, além de C, achada com o raio paralelo (que passa por F) e o raio pelo centro O; (b) .
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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