Questões de Concurso sobre Óptica

No intuito de mostrar aos estudantes de um curso de formação de policiais o fenômeno da refração da luz, o instrutor incidiu sobre um aquário, cheio de água, um feixe de luz. O instrutor explicou aos estudantes que é possível determinar o ângulo de refração ($\theta$₂) por meio da Lei de Snell. Se o feixe de luz entra na água com um ângulo de incidência $\theta$₁, sendo o índice de refração da água (n_água) igual a 1,33 e o índice de refração do ar (n_ar) igual a 1,00, o ângulo de refração ($\theta$₂) é expresso corretamente por

Analise a figura abaixo.

Um raio de luz incide perpendicularmente na face plana de uma semiesfera de raio igual a 5,0cm e feita de um material transparente cujo índice de refração relativo ao ar vale n. Sua face curva é espelhada internamente. Quando o raio incide a uma distância de 2,0cm do eixo óptico da semiesfera, ele se reflete uma única vez na face curva e sai rasante na face plana, conforme figura acima. Sendo assim, assinale a opção que apresenta o valor de n.

Dados: sen(23,6º)=0,40; cos(23,6º)=0,92;

sen (47,2°) =0, 73; cos (47,2°) =0, 68.

O maior telescópio refrator do mundo em operação, situado no observatório de Yerkes em Wisconsin, EUA, possui uma abertura circular com diâmetro de 102cm e uma distância focal de 19,4m. Admitindo-se a utilização de um filtro azul que transmite apenas luz de comprimento de onda 550nm, qual é a menor separação angular, em radianos, entre duas estrelas igualmente brilhantes que permite que elas sejam observadas por esse telescópio como objetos distintos?

A área da seção transversal máxima de um corpo opaco mede 1,00dm², e esse corpo está sendo iluminado por uma fonte luminosa puntiforme situada a 500mm de um anteparo plano, sobre o qual projeta-se a sombra do corpo. Sabendo-se que o anteparo é paralelo à seção transversal do corpo em questão e dista 300mm dele, pode-se afirmar que a área da sombra, em dm², é:

Uma lente esférica de vidro, delgada, convexo-côncava, imersa no ar, tem o raio da superfície côncava igual a 20cm e o da superfície convexa igual a 40cm. Considerando que o índice de refração do vidro em relação ao ar é igual a 1,5, determine a vergência da lente, em dioptrias, e assinale a opção correta.

Será que uma miragem ajudou a afundar o Titanic? O fenômeno ótico conhecido como Fata Morgana pode fazer com que uma falsa parede de água apareça sobre o horizonte molhado. Quando as condições são favoráveis, a luz refletida pela água fria pode ser desviada por uma camada incomum de ar quente acima, chegando até o observador, vinda de muitos ângulos diferentes. De acordo com estudos de pesquisadores da Universidade de San Diego, uma Fata Morgana pode ter obscurecido os icebergs da visão da tripulação que estava a bordo do Titanic. Dessa forma, a certa distância, o horizonte verdadeiro fica encoberto por uma névoa escurecida, que se parece muito com águas calmas no escuro.

Disponível em: http://apod.nasa.gov. Acesso em: 6 set. 2012 (adaptado).

O fenômeno ótico que, segundo os pesquisadores, provoca a Fata Morgana é a

Assinale a opção que apresenta a menor espessura, em nm, que um filme fino de material transparente, com índice de refração 1,45, imerso em ar, deve ter para gerar um mínimo de reflexão quando iluminado normalmente por uma luz de comprimento de onda de 500nm.

Uma vela acesa com 10 cm de altura se encontra em frente a um espelho convexo a 30 cm de seu vértice e cuja distância focal é de 20 cm. Considere que a imagem da vela reduz 0,08 cm em sua altura a cada minuto. Assim, a vela será consumida por inteiro num intervalo de tempo de

A luz solar incide sobre um espelho esférico convexo. Apesar da indicação da direção de incidência na figura, sabe-se que os feixes luminosos podem incidir em toda a superfície na direção indicada.

Assim, os raios refletidos nos pontos A, B e C do espelho têm ângulos, respectivamente $\theta$_A, $\theta$_B, $\theta$_C , tais que:

Cabos de fibra óptica estão substituindo fios de cobre para aumentar a velocidade de transmissão de informação digital. Estes cabos são feixes de “fios de vidro” extremamente puros que foram revestidos em duas camadas de plástico reflexivo. Uma fonte de luz é ligada e desligada rapidamente a uma extremidade do cabo de transmissão de dados digitais. A luz viaja através dos fios de vidro e, de forma contínua, reflete fora do interior dos revestimentos plásticos espelhados em um processo conhecido como reflexão total interna. Sistemas baseados em fibra óptica podem transmitir bilhões de bits de dados por segundo, e eles podem até mesmo levar vários sinais ao longo da mesma fibra usando lasers de cores diferentes. Esses cabos, que são tão finos quanto um fio de cabelo humano, carregam a informação digital ao longo de grandes distâncias. A transmissão da luz pela fibra segue um princípio único, independentemente do material usado ou da aplicação: é lançado um feixe de luz numa extremidade da fibra e, pelas características óticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra por meio de reflexões sucessivas. A fibra possui no mínimo duas camadas: o núcleo (filamento de vidro) e o revestimento (material eletricamente isolante). Abaixo a representação esquemática de uma fibra óptica.

Com relação à reflexão total mencionada acima, são feitas as afirmativas abaixo.

I - O feixe luminoso propaga-se do meio menos refringente para o meio mais refringente.

II - Para que ela ocorra, o ângulo de incidência α deve ser inferior ao ângulo limite da superfície de separação entre o núcleo e a casca.

III - O ângulo limite da superfície de separação entre o núcleo e a casca depende do índice de refração do núcleo e da casca.

IV - O feixe luminoso não sofre refração na superfície de separação entre o núcleo e a casca.

Dentre as afirmativas acima, as únicas corretas são:

Certos tipos de superfícies na natureza podem refletir luz de forma a gerar um efeito de arco-íris. Essa característica é conhecida como iridescência e ocorre por causa do fenômeno da interferência de película fina. A figura ilustra o esquema de uma fina camada iridescente de óleo sobre uma poça d’água. Parte do feixe de luz branca incidente reflete na interface ar/óleo e sofre inversão de fase , o que equivale a uma mudança de meio comprimento de onda. A parte refratada do feixe incide na interface óleo/água e sofre reflexão sem inversão de fase . O observador indicado enxergará aquela região do filme com coloração equivalente à do comprimento de onda que sofre interferência completamente construtiva entre os raios e , mas essa condição só é possível para uma espessura mínima da película. Considere que o caminho percorrido em e corresponde ao dobro da espessura E da película de óleo.

Disponível em: http://2011.igem.org. Acesso em: 18 nov. 2014 (adaptado).

Expressa em termos do comprimento de onda (λ), a espessura mínima é igual a

Espelhos esféricos côncavos são comumente utilizados por mulheres ao se maquiar porque, dependendo da posição relativa entre objeto e imagem, elas conseguem ver o seu rosto ampliado. Na figura abaixo, pode-se observar esquematicamente a imagem formada por um espelho côncavo.

Desta forma a imagem formada se encontra:

Observe a figura abaixo.

para aumentar a velocidade de transmissão de informação digital. Estes cabos são feixes de “fios de vidro” extremamente puros e da espessura de um cabelo humano, que foram revestidas em duas camadas de plástico reflexivo. A fibra ótica é constituída de um núcleo, por onde a luz se propaga, e de um revestimento, como esquematizado na figura acima (corte longitudinal). Sendo o índice de refração do núcleo 1,60 e o do revestimento 1,45, o menor valor do ângulo de incidência $\theta$ do feixe luminoso, para que toda a luz incidente permaneça no núcleo, é, aproximadamente:

O índice de refração de um líquido, em relação ao do ar, para uma dada luz monocromática vale $\sqrt{2}$ . Um raio dessa luz, que se propaga nesse líquido, incide na superfície de separação com o ar formando com essa superfície um ângulo de 30°. Após atingir a superfície, a propagação desse raio de luz se dá

Na situação em tela, é correto concluir que cos$\alpha$ = cosβ.

A natureza ondulatória da luz e a sua interação com os meios materiais são o objeto principal da ótica geométrica.

É comum aos fotógrafos tirar fotos coloridas em ambientes iluminados por lâmpadas fluorescentes, que contêm uma forte composição de luz verde. A consequência desse fato na fotografia é que todos os objetos claros, principalmente os brancos, aparecerão esverdeados. Para equilibrar as cores, deve-se usar um filtro adequado para diminuir a intensidade da luz verde que chega aos sensores da câmera fotográfica. Na escolha desse filtro, utiliza-se o conhecimento da composição das cores-luz primárias: vermelho, verde e azul; e das cores-luz secundárias: amarelo = vermelho + verde, ciano = verde + azul e magenta = vermelho + azul.

Disponível em: http://nautilus.fis.uc.pt. Acesso em: 20 maio 2014 (adaptado).

Na situação descrita, qual deve ser o filtro utilizado para que a fotografia apresente as cores naturais dos objetos?

Pode-se afirmar que o desenho a seguir ilustra, para um observador na Terra em uma das áreas de destaque da figura, o eclipse:

Uma proposta de dispositivo capaz de indicar a qualidade da gasolina vendida em postos e, consequentemente, evitar fraudes, poderia utilizar o conceito de refração luminosa. Nesse sentido, a gasolina não adulterada, na temperatura ambiente, apresenta razão entre os senos dos raios incidente e refratado igual a 1,4. Desse modo, fazendo incidir o feixe de luz proveniente do ar com um ângulo fixo e maior que zero, qualquer modificação no ângulo do feixe refratado indicará adulteração no combustível.

Em uma fiscalização rotineira, o teste apresentou o valor de 1,9. Qual foi o comportamento do raio refratado?