UNIFESP 2018 — questão 14 de Física

Enunciado em texto
Em um parque de diversões existem dois grandes espelhos dispostos verticalmente, um de frente para o outro, a 10 m de distância um do outro. Um deles é plano, o outro é esférico convexo. Uma criança se posiciona, em repouso, a 4 m do espelho esférico e vê as duas primeiras imagens que esses espelhos formam dela: , formada pelo espelho plano, e , formada pelo espelho esférico, conforme representado na figura.
(Figura, fora de escala: da esquerda para a direita, a imagem , do mesmo tamanho da criança; o espelho plano, vertical; a criança; o espelho esférico convexo, com a face refletora voltada para a criança; e a imagem , menor que a criança, atrás do espelho convexo. Cotas: 10 m entre o espelho plano e o espelho convexo; 4 m da criança ao espelho convexo; 2 m do espelho convexo até .)
Calcule:
a) a distância, em metros, entre e .
b) a que distância do espelho esférico, em metros, a criança deveria se posicionar para que sua imagem tivesse um terço de sua altura.
(Enunciado e figura: Vestibular Unifesp 2018, Conhecimentos Específicos — Unifesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) a distância entre as duas imagens; (b) onde a criança deve ficar para que a imagem no espelho convexo tenha 1/3 da sua altura.
Item (a) — onde fica cada imagem. A criança está a 4 m do espelho convexo, então está a 10 − 4 = 6 m do espelho plano. No espelho plano, a imagem fica atrás do espelho, à mesma distância que o objeto está na frente: está 6 m atrás do espelho plano. A figura dá 2 m atrás do espelho convexo.
Passo 2 — somar os trechos, de até : atrás do plano, entre os espelhos e atrás do convexo:
Item (b) — primeiro, o foco do espelho convexo. A situação da figura dá p = 4 m e p’ = −2 m (imagem virtual, atrás do espelho, por isso negativa). Pela equação de Gauss:
O foco negativo confirma: espelho convexo, foco virtual.
Passo 2 — a condição do aumento. A imagem do convexo é sempre direita, então o aumento é positivo: A = 1/3. Como :
Passo 3 — de volta a Gauss:
Atalho: o aumento também se escreve . Com f = −4: , ou seja, e p = 8 m.
Conferindo: na posição atual, , a imagem tem metade da altura, como sugere a figura. Para a imagem diminuir mais (1/3), a criança tem de se afastar do espelho: de 4 m para 8 m. Faz sentido.
⚠️ A armadilha: esquecer o sinal da imagem virtual e fazer , o que dá f = +4/3 m, foco positivo, de espelho côncavo. Outra: usar f = −4 m “porque a criança está a 4 m”, sem calcular. O valor coincide, mas é por acaso, e o critério oficial não pontua.
A ideia em uma frase: no espelho plano, a imagem fica tão atrás quanto o objeto está na frente; no convexo, a imagem é virtual (p’ < 0), o foco é negativo, e quanto mais longe o objeto, menor a imagem.
Resposta: (a) 18 m; (b) a 8 m do espelho esférico (f = −4 m).
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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