UPE 2022 (SSA 3) — questão 24 de Física

Gabarito DÓptica — polarização por reflexão (ângulo de Brewster)SSA 3 · processo 2022 · 2º dia
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 24 de Física do UPE 2022 (SSA 3)

Enunciado em texto

Nas questões com respostas numéricas, considere o módulo da aceleração da gravidade como g=10,0 m/s2g = 10{,}0\ \text{m/s}^2, densidade da água ρ=1,0 g/cm3\rho = 1{,}0\ \text{g/cm}^3, o módulo da carga do elétron como e=1,6×10−19 Ce = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \text{C}, massa do átomo de hidrogênio mH=1,66×10−27 kgm_H = 1{,}66 \times 10^{-27}\ \text{kg}, massa do elétron me=9,1×10−31 kgm_e = 9{,}1 \times 10^{-31}\ \text{kg}, π=3\pi = 3, constante de Planck h=6,6×10−34 Jsh = 6{,}6 \times 10^{-34}\ \text{Js} ou 4,14×10−15 eV4{,}14 \times 10^{-15}\ \text{eV}, velocidade da luz no vácuo c=3,0×108 m/sc = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m/s}, 1 eV=1,6×10−19 J1\ \text{eV} = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \text{J}, constante de Coulomb ke=9,0×109 Nm2/C2ke = 9{,}0 \times 10^9\ \text{Nm}^2/\text{C}^2.

Numa determinada hora do dia, a luz do Sol incide num ângulo de aproximadamente 37° em relação à superfície livre de um lago de água doce, cujo índice de refração é n2=1,33n_2 = 1{,}33. Uma pessoa no lado oposto a esse lago vê que a luz refletida tem um brilho ofuscante.

Sobre essa luz refletida na superfície do lago, é CORRETO afirmar ser ela

A) difratada.

B) não polarizada.

C) refratada.

D) polarizada.

E) dispersiva.

(Enunciado: SSA 3 — UPE 2022, Sistema Seriado de Avaliação — Universidade de Pernambuco.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade de Pernambuco (UPE).

Resolução comentada

O que a questão pede: a característica da luz do Sol refletida pelo lago nessa inclinação.

Passo 1 — o ângulo de incidência. Ângulos de incidência se medem a partir da normal. Se a luz faz 37° com a superfície, faz 90° − 37° = 53° com a normal.

Passo 2 — o ângulo de Brewster. Quando a luz reflete numa superfície transparente com o ângulo de Brewster, dado por tg θ_B = n₂/n₁, a luz refletida sai totalmente polarizada (vibrando paralela à superfície). Para ar e água:

tg⁡θB=1,331,0≈43\operatorname{tg}\theta_B = \frac{1{,}33}{1{,}0} \approx \frac{4}{3}

θB≈53∘\theta_B \approx 53^{\circ}

É exatamente o ângulo de incidência da luz do Sol: a luz refletida está polarizada.

Conferindo: no ângulo de Brewster, o raio refletido e o refratado são perpendiculares. Pela lei de Snell, sen⁡r=sen⁡53∘/1,33≈0,8/1,33≈0,6\operatorname{sen} r = \operatorname{sen}53^{\circ}/1{,}33 \approx 0{,}8/1{,}33 \approx 0{,}6, então r ≈ 37°, e 53° + 37° = 90°. É por isso que óculos com lentes polarizadas cortam o brilho ofuscante de lagos e do asfalto.

Por que não as outras: (A) difração exige obstáculos ou fendas da ordem do comprimento de onda, não é o que ocorre numa superfície lisa. (B) é o oposto do que acontece no ângulo de Brewster. (C) a luz que a pessoa vê é a refletida, não a que entrou na água. (E) dispersão é a separação das cores na refração, e a reflexão não separa as cores.

⚠️ A armadilha: usar 37° como ângulo de incidência e concluir que nada de especial acontece (alternativa B). O ângulo dado é com a superfície; com a normal, são 53°.

A ideia em uma frase: luz refletida na água a 53° da normal (tg 53° ≈ 1,33) está no ângulo de Brewster e sai totalmente polarizada.

Resposta: alternativa D (polarizada).

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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