Questões de Concurso sobre Instrumentos Ópticos

As câmeras fotográficas digitais são muito populares com a relevância das redes sociais atualmente, e entender seu funcionamento torna a ótica geométrica bastante atrativa didaticamente. O desenvolvimento das câmeras fotográficas remete ao aperfeiçoamento tecnológico realizado a partir das câmeras escuras de orifício, que fazem parte da cultura humana desde tempos anteriores à escrita. A figura representa o comportamento do facho de luz que parte de um único ponto de cada objeto e atinge o anteparo após cruzar um orifício de tamanho finito. O objeto B está mais distante da câmera de orifício do que o objeto A.

Elementos relevantes para a formação de uma imagem projetada é a sua nitidez e luminosidade. A condição ideal para formação de uma imagem perfeitamente nítida é a correspondência de um ponto do objeto a um ponto no fundo projetado na superfície oposta à abertura e a luminosidade está relacionada à quantidade de luz que incide no anteparo. Levando em consideração o exposto acima, analise as afirmativas abaixo.

I. As dimensões finitas do orifício implicam em nunca se obter uma imagem perfeitamente nítida.

II. A vantagem de aumentar o tamanho do orifício é o ganho em luminosidade.

III. A desvantagem de aumentar o tamanho do orifício é a perda de nitidez.

IV. Numa câmera de orifício real os objetos mais próximos ficam menos nítidos do que objetos mais distantes.

Estão corretas as afirmativas:

Um motorista dirige em uma rodovia em um dia de grande movimento. Ele ouve o som de uma sirene e, ao olhar pelo retrovisor de seu carro, ele pode ler, escrito no veículo que está logo atrás do seu: “POLÍCIA”. O filho dele, que está no banco de trás, vira-se e, olhando para a viatura policial, verá a inscrição

muito próximos da objetiva. Trata-se de um instrumento formado por uma objetiva (a lente mais próxima do objeto), de distância focal fob, e uma ocular (a lente mais próxima do olho) de distância focal foc. Durante uma prática de laboratório, um estudante observa um pequeno objeto em um microscópio composto no qual a objetiva tem uma distância focal de 7 mm, a ocular tem uma distância focal de 30 mm e as duas lentes estão separadas por uma distância de 16,0 cm. O ponto próximo do estudante é 22,5 cm. Qual é a ampliação angular aproximada do microscópio que o estudante está usando para observar o objeto?

Considere uma montagem de um experimento de dupla fenda de Young, na qual as fendas estão afastadas de d = 2,0 mm e são iluminadas por luz azul (λ = 480 nm) e amarela (λ' = 600 nm) de mesma intensidade. O padrão de difração resultante é projetado sobre um anteparo localizado a 5,0 m das fendas. A que distância, contada a partir da região brilhante central, uma franja verde pode ser observada no anteparo.

Um telescópio refletor é constituído por dois espelhos esféricos, I e II. O espelho I é convexo e tem raio de curvatura medindo 60 cm. O espelho II é côncavo, tem um orifício em seu centro e raio de curvatura medindo 2 m. Esses espelhos são montados da forma ilustrada na figura, de modo que, quando o telescópio é apontado para determinada estrela, sua imagem é registrada em um sensor colocado a uma distância D do espelho II.

Fora de escala

Considerando os dois espelhos gaussianos, a distância D é

A figura abaixo mostra a clássica comparação do olho humano a uma câmera fotográfica.

Neste caso, as estruturas do globo ocular que se ―comportariam‖ como a lente e a abertura quando comparadas a câmera seriam respectivamente:

No Experimentum Cruci Newton testou se seria possível formar uma nova cor de luz (que não pudesse ser decomposta) ao combinar dois feixes puros de luz e obteve o seguinte resultado:

“[...] podem ser feitas transmutações aparentes de Cores, onde há qualquer mistura de diversos tipos de Raios. Pois em tais misturas as cores componentes não aparecem, mas constituem uma cor intermediária pela mútua combinação uma com a outra. E portanto, se por refração ou qualquer outra das causas acima mencionadas os Raios diformes latentes em tal mistura forem separados, emergirão cores diferentes da cor da composição. Tais cores não são novamente geradas, mas apenas fazem aparentes por serem separadas; pois se forem novamente inteiramente misturadas e mescladas juntas, elas irão novamente compor aquela cor que compunham antes da separação. E pela mesma razão, as transmutações feitas pela convergência de diversas cores não são reais pois quando os raios disformes forem novamente cortados eles exibirão as mesmas cores que exibiam antes de entrarem na composição. Como o senhor vê, pós Azuis e Amarelos quando finamente misturados aparecem a olho nu Verdes e, entretanto, as cores dos corpúsculos componentes não são desse modo realmente transmutadas mas apenas mescladas. Pois, quando vistas com um bom microscópio, elas ainda aparecem Azuis e Amarelas intercaladamente. Há, portanto, dois tipos de Cores: um original e simples, o outro composto dessas. As cores Originais ou primárias são Vermelho, Amarelo, Verde, Azul e um Púrpura-violeta, junto com Laranja, índigo e uma variedade indefinida de gradações Intermediárias (Newton, 1672, p. 321-322).

Fonte: NEWTON, I. Aletter of Mr. Isaac Newton, professor of the Mathematicks in the University of Cambridge; containing his new theory about light and colours; sent by the author to the publisher from Cambridge, Febr. 6. 1671/72; in order to be communicated to the R. Society', Philosophical Transactions of the Royal Society, v.6, n.80, p. 3075-3087, 1672a. Traduzido em SILVA, C. C, & MARTINS, R. A. A "Nova teoria sobre luz e cores" de Isaac Newton: uma tradução comentada. Revista Brasileira de Ensino de Física, v.18, p. 313- 27, 1996. Disponível em: <http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/v18a33.pdf>. Acessado em: 15 de novembro de 2019.

Com base no resultado descrito acima, é CORRETO afirmar que

Muitos dispositivos de ótica fazem uso de lentes únicas por exemplo, câmeras fotográficas, lupas e óculos. Também encontramos dispositivos óticos importantes que possuem associação de lentes para seu bom funcionamento, como o microscópio e telescópios. Sobre esses dispositivos, qual alternativa abaixo apresenta a descrição incorreta?

A câmera pinhole é uma espécie de máquina fotográfica sem lente. A designação advém do inglês pin-hole, “buraco de alfinete”. Essa técnica consiste em captar uma imagem por meio de uma câmara escura. A imagem de um objeto converge por um pequeno orifício, onde a luz é captada para dentro da câmara sofrendo um movimento de inversão. A imagem é projetada para a parede, que contém um papel fotográfico que é sensibilizado, impressionando a imagem desejada. Um estudante de fotografia usou essa técnica para obter uma imagem de uma árvore. Ele deixou a pinhole a uma distância de 8m para que a imagem dessa árvore pudesse apresentar uma altura de 0,16 m na foto. Considerando que ele usou uma caixa cúbica de 0,4m, qual seria a altura da árvore fotografada?

Uma pessoa não consegue ver os objetos, pois a imagem está sendo formada após a retina. Para ver a imagem nitidamente, essa pessoa deverá usar óculos:

Com o objetivo de aprimorar o processamento de imagens, fazemos uso de diversos instrumentos ópticos. A maior parte desses dispositivos ampliam e detalham essas imagens, tais como lunetas, lupas, telescópios, microscópios, entre outros. Analise as afirmativas a seguir e assinale a proposição correta.

A maioria das pessoas fica com a visão embaçada ao abrir os olhos debaixo dʼágua. Mas há uma exceção: o povo moken, que habita a costa da Tailândia. Essa característica se deve principalmente à adaptabilidade do olho e à plasticidade do cérebro, o que significa que você também, com algum treinamento, poderia enxergar relativamente bem debaixo dʼágua. Estudos mostraram que as pupilas de olhos de indivíduos moken sofrem redução significativa debaixo dʼágua, o que faz com que os raios luminosos incidam quase paralelamente ao eixo óptico da pupila.

GISLÉN, A. et al. Visual Training Improves Underwater Vision in Children. Vision Research, n. 46, 2006 (adaptado).

A acuidade visual associada à redução das pupilas é fisicamente explicada pela diminuição

Uma luz polarizada na direção P, com intensidade I, incide sobre uma lâmina polarizadora linear ideal, cuja direção de polarização é Q. Sendo θ, o ângulo entre P e Q, a intensidade da luz polarizada transmitida é dada por J = Icos²θ (Lei de Malus). Para qual ângulo a intensidade da luz transmitida será mínima?

Analise a seguinte imagem de um olho humano:

Imagem: oftalmologistabh.com.br

Sobre a imagem, podemos afirmar que:

A difração da luz pode ser explicada pelo princípio de Huygens, segundo o qual cada ponto de uma fenda se comporta como se fosse um foco emissor secundário de luz. Considerem-se uma fenda de largura AB na qual incide, perpendicularmente, um feixe de luz monocromática e um segundo anteparo opaco, disposto perpendicularmente aos raios incidentes na fenda, no qual é projetada a imagem da fenda, conforme a figura acima. Suponha-se ainda que, sobre a fenda estreita, incida uma luz monocromática de 600 nm, em um anteparo, a 2 m de distância (D), que o afastamento linear (y) entre o segundo mínimo de difração e o máximo central seja de 1,2 cm e que, para pequenos ângulos, tg θ ≅ sen θ. Nesse caso, a largura AB da fenda, em milímetros, é igual a

Uma luneta possui um comprimento de 1 m, sendo que a distância focal da lente objetiva é de 85 cm. Sendo assim, a distância focal da ocular deve ser de

Um dado objeto, ao ser iluminado por uma luz monocromática azul, aparenta possuir cor preta. Ao ser iluminado por uma luz monocromática vermelha, esse mesmo objeto aparenta possuir cor vermelha.

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Se iluminado com uma luz monocromática verde, esse objeto aparentará ser da cor

Uma mesa com 70 cm de altura e cujo tampo é circular com raio de 1,25 m encontra-se posicionada abaixo de uma fonte luminosa puntiforme localizada no ponto central do teto de uma sala quadrada de 5 m de lado e cuja altura é de 3,2 m. Tem-se ainda que o centro do tampo da mesa encontra-se alinhado verticalmente com o ponto no qual se encontra a fonte luminosa. Sendo assim a área do piso da sala que se apresenta plenamente iluminada por essa fonte de luz é:

(Considerar: 𝝅 = 3)

Considere uma lente esférica delgada, S, de bordas finas, feita de material de índice de refração n maior do que o índice de refração do ar. Com esta lente podem-se realizar dois experimentos. No primeiro, a lente é imersa em um meio ideal, de índice de refração n₁ , e o seu comportamento óptico, quando um feixe de luz paralela passa por ela, é o mesmo de uma lente côncavo-convexa de índice de refração n imersa no ar. No segundo, a lente S é imersa em um outro meio ideal, de índice de refração n₂ , e o seu comportamento óptico é o mesmo de uma lente convexo-côncava de índice de refração n imersa no ar. Nessas condições, são feitas as seguintes afirmativas:

I. n₂ >n>n₁ .

II. a lente S, quando imersa no ar, pode ser uma lente plano-côncava.

III. a razão entre as vergências da lente S nos dois experimentos não pode ser 1.

IV. as distâncias focais da lente S, nos dois experimentos, são sempre as mesmas. São corretas, apenas

Dadas as afirmativas relacionadas com a natureza da luz e suas características de propagação,

I. No processo de polarização por reflexão numa interface ar-vidro, a luz natural será totalmente polarizada, com o vetor campo elétrico perpendicular ao plano de incidência, desde que o ângulo de incidência seja igual ao ângulo de Brewster.

II. Um feixe luminoso está sujeito ao fenômeno da reflexão interna total quando incide sobre a superfície de separação de um meio com índice de refração menor para outro com índice de refração maior.

III. A luz branca será decomposta em suas componentes monocromáticas quando atravessar uma interface ar-vidro, tendo a componente vermelha o ângulo de refração maior do que a componente azul.

IV. O princípio de Huygens é um método de análise da óptica geométrica que é usado para explicar o comportamento da luz, como a reflexão e a refração, ao se propagar em diversos meios.

verifica-se que estão corretas apenas