Exercícios

Exercícios

Questão 1

Analise as proposições a seguir sobre a reflexão da luz:

I – O fenômeno da reflexão ocorre quando a luz incide sobre uma superfície e retorna ao seu meio original;

II – Quando ocorre reflexão difusa, a imagem formada é bastante nítida;

III – Na reflexão regular, os raios de luz propagam-se de forma paralela uns aos outros;

IV – Quando a luz é refletida por uma superfície, o ângulo de reflexão é sempre igual ao ângulo de incidência da luz.

Estão corretas:

a) I, II e III apenas

b) I, III e IV apenas

c) I, II e IV apenas

d) II, III e IV apenas

e) todas afirmativas estão corretas

Questão 2

(PUC – SP) O ângulo de incidência, em um espelho plano, é de 30º. Qual o valor do ângulo formado entre o raio refletido e a superfície?

Questão 3

(PUC-RIO 2007) Um feixe de luz de comprimento de onda de 600 nm se propaga no vácuo até atingir a superfície de uma placa de vidro. Sabendo-se que o índice de refração do vidro é n = 1,5 e que a velocidade de propagação da luz no vácuo é de 3 x 10m/s, o comprimento de onda e a velocidade de propagação da onda no vidro em nm e m/s, respectivamente, são: (Obs: 1 nm = 1 x 10−9 m).

a) 200 nm; 4 x 108 m/s

b) 200 nm; 3 x 108 m/s

c) 200 nm; 2 x 108 m/s

d) 400 nm; 1 x 108 m/s

e) 400 nm; 2 x 108 m/s

Questão 4

(UN. MACKENZIE) A velocidade de propagação da luz em determinado líquido é 80% daquela verificada no vácuo. O índice de refração desse líquido é:

a)1,50

b)1,25

c)1,00

d) 0,80

e) 0,20

Reflexão e Refração da Luz

reflexão da luz é um fenômeno óptico que corresponde a incidência de luz numa superfície refletora, no qual retorna ao seu ponto de origem. Para exemplificar, podemos pensar no reflexo de um lago quando ocorre a incidência de luz solar, ou mesmo, no nosso reflexo no espelho.

Dessa maneira, os raios incidentes de luz, são aqueles que atingem a superfície enquanto os raios refletidos, são aqueles que retomam ao meio de propagação. Assim, os ângulos que se formam são: ângulo de incidência, constituído entre o raio incidente e a reta normal, representado pela letra i; e o ângulo de reflexão, formado entre o raio refletido e a reta normal, representado pela letra r.

Tipos de Reflexão

De acordo com a superfície refletora, o fenômeno da reflexão é classificado em:

  • Reflexão Regular: Chamada de reflexão especular, a reflexão regular ocorre quando a luz é refletida por meio de uma superfície lisa e polida. Dessa forma, o feixe de luz é bem definido e segue uma direção, por exemplo, um pote de vidro transparente.
  • Reflexão Irregular: Também chamada de reflexão difusa, nesse caso, a luz é refletida numa superfície rugosa, levando ao surgimento de raios de luz indefinidos e propagado em várias direções, por exemplo, a lâmpada.

Leis da Reflexão

Conforme as superfícies de reflexão, há duas leis que regem o fenômeno da reflexão, a saber:

  1. Primeira Lei da Reflexão: Postula que o raio incidente, o raio refletido e a reta normal ao espelho no ponto de incidência estão situados no mesmo plano, ou seja, são coplanares.
  2. Segunda Lei da Reflexão: Nesse caso, a lei postula que o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (θi = θr).

Espelhos Planos

Chamado de sistema estigmático, os espelhos planos são caracterizados por superfícies planas, de maneira que a reflexão da luz configura apenas uma imagem do objeto com uma inversão esquerda-direita.

Dessa forma, a distância do objeto ao espelho (do) será equivalente à distância da imagem ao espelho (di), do mesmo modo que a altura do objeto (ho) será igual à altura da imagem (hi).

Espelhos Esféricos

Os espelhos esféricos designam as esferas de superfícies lisas e polidas, as quais possuam poder de reflexão. Nos espelhos esféricos os ângulos de incidência e de reflexão são equivalentes, e os raios incidido, refletidos e a reta normal, ao ponto incidido; são classificados em:

  • Espelhos côncavos: a superfície refletora é a parte interna.
  • Espelhos convexos: a superfície refletora é a parte externa.

Refração da Luz

Diferente do fenômeno da reflexão, a refração ocorre quando há desvio de luz, ou seja, quando ela passa de um meio de propagação ao outro (do meio de incidência para o meio de refração), sofrendo variação de velocidade.

Exercício Resolvido

Determine o ângulo de incidência (θi) e o ângulo de reflexão (θr) de um raio de luz que incide num espelho plano formando um ângulo de 40°.

Para resolver, basta lembrara que de acordo com a segunda lei da reflexão, r = i e portanto, para encontrar os ângulos formados pela luz que incide no espelho plano, basta somar o valor do ângulo que se forma, logo:

40° + i = 90°

i = 90° – 40°

i = 50°

Portanto, se o ângulo de incidência é igual a 50°, o ângulo de reflexão, segundo a lei da reflexão é igual ao ângulo de incidência (θi = θr).

refração da luz

refração da luz é um fenômeno óptico que ocorre quando a luz sofre mudança do meio de propagação, ou seja, do meio de incidência para o meio de refração, onde há variação de velocidade da propagação. Lembre-se que a luz é uma forma de onda que se propaga em determinada velocidade e essa velocidade dependerá do meio no qual ela se propaga.

Dessa maneira, considera-se a velocidade da luz no ar, diferente da água, de modo que quando passa de um meio para o outro, seja um copo de vidro com água, ocorre a refração, ou o desvio do feixe de luz.

Nesse processo, ocorrerá a diminuição da velocidade da luz e do comprimento da onda, entretanto a frequência (constante de proporcionalidade) não será alterada. Por isso, quando colocamos um objeto num copo com água, ou quando observamos uma piscina estando fora dela, temos a ilusão de que o objeto está quebrado, no caso do copo, e a piscina possuir menor profundidade.

Incidência da luz

No fenômeno da refração, ocorre a alteração da velocidade de propagação da luz por meio de um desvio da direção original, ou seja, a luz sofre um desvio angular em relação à reta normal, de modo que passa de um meio transparente para outro transparente diferente.

Assim, se a incidência da luz no meio for normal, ou seja, apresenta o ângulo de incidência igual a zero, a luz não sofrerá desvio e, portanto, seu ângulo refratado será nulo. Por outro lado, quando a incidência da luz provoca um desvio oblíquo, o raio luminoso se aproximará mais da reta normal, levando ao desvio na trajetória luminosa, ou seja, o fenômeno da refração.

Dioptro

Na física, dioptro corresponde à interface entre dois meios homogêneos e transparentes, e segundo a superfície dióptrica (forma da superfície de separação entre os meios), os dioptros são classificados em: planos, esféricos, cilíndricos, dentre outros.

Leis da Refração da Luz

O fenômeno da refração é regido por duas leis básicas:

  1. Primeira Lei da Refração: regida pelo enunciado “O raio incidente, o raio refratado e a normal, no ponto de incidência, estão contidos num mesmo plano”, ou seja, são coplanares. Em outros termos, o plano de incidência e o plano da luz refratada coincidem.
  2. Segunda Lei da Refração: A Lei de Snell-Descartes é aquela em que calcula-se o valor do desvio sofrido pela refração da luz. Postula que “Os senos dos ângulos de incidência e refracção são diretamente proporcionais às velocidades da onda nos respectivos meios”, representado pela expressão: na.senθa = nb.senθb.

Índice de Refração

O índice de refração determina a relação existente entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade no meio. Note que quanto maior a frequência da luz, maior será o índice de refração; são classificados em: absoluto relativo.

Índice de Refração Absoluto

Representado pela letra n, o índice de refração absoluto corresponde a razão entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz no meio considerado (v), na medida que, quanto maior for o índice de refração de um meio, menor será a velocidade de propagação da luz nesse meio. Observe que o índice de refração absoluto sempre tem um valor maior ou igual a 1 (n ≥ 1), sendo calculado pela seguinte expressão:

Donde:

n: índice de refração (adimensional, não há unidade de medida)

c: velocidade da luz no vácuo (c = 3.108 m/s)

v: velocidade da luz no meio (m/s)

Índice de Refração Relativo

índice de refração relativo calcula o índice de um meio para o outro, expresso pela seguinte fórmula:

Onde,

n: índice de refração (adimensional, não há unidade de medida)

v: velocidade da luz no meio (m/s)

Exercício Resolvido

Calcule o índice de refração do vidro, se a luz que atravessa a placa possui velocidade 2.108m/s. Considere o valor da velocidade da luz no vácuo: 3.108 m/s

Para calcular o índice de refração de determinado meio, utiliza-se a expressão: n = c/v, assim, basta substituir os valores no qual (c) representa a velocidade da luz no vácuo, e (v) a velocidade no meio:

n = 2.108/2.108

n = 1,5

Logo, o índice de refração do vidro é 1,5.

Exercícios

Questão 1

Entre as alternativas a seguir, escolha aquela que contém apenas fontes primárias de luz.

a) Fósforo, Sol, Lua

b) Lua, Júpiter, Sol

c) Vela acesa, Sol, Lua

d) Estrelas, Fósforo aceso, Sol

e) Estrelas, pilha de lanterna e Sol.

Questão 2

(UFAL) A figura representa um feixe de raios paralelos incidentes em uma superfície S e os correspondentes raios emergentes:

Essa figura ilustra o fenômeno óptico da:

a) dispersão.

b) reflexão difusa.

c) refração.

d) difração.

e) reflexão regular.

Questão 3

Indique a alternativa que explica de forma correta a diferença entre as fontes de luz fluorescentes e fosforescentes.

a) As fluorescentes emitem luz a partir da excitação do flúor em seu interior, e as fosforescentes funcionam pela excitação do fósforo.

b) As fluorescentes emitem luz durante a ação de um agente excitador, e as fosforescentes emitem radiações ultravioleta.

c) As fluorescentes emitem luz durante a ação de um agente excitador, e as fosforescentes emitem luz mesmo após o fim da ação do excitador.

d) Lâmpadas fluorescentes funcionam a partir da excitação de gases como o argônio, e materiais fosforescentes funcionam por meio da excitação do fósforo.

e) Os termos fluorescentes e fosforescentes são sinônimos.


Óptica Geométria

Óptica é a parte da Física responsável pelo estudo da luz e dos fenômenos associados a ela. Como a luz apresenta comportamento dual, podendo ser considerada como onda ou partícula, os estudos da Óptica dividem-se em duas partes:

  • Óptica física – quando se considera a natureza ondulatória da luz;
  • Óptica geométrica – quando a luz é considerada uma partícula e seus estudos são feitos a partir do conceito de raios de luz, conferindo um modelo geométrico para a luz.

Definições importantes da Óptica Geométrica

Como o foco deste texto é apenas a Óptica Geométrica, antes de conhecermos seus princípios, vejamos algumas definições importantes:

Os raios de luz são segmentos de reta que representam a direção e o sentido de propagação da luz. Eles podem ser emitidos por dois tipos de fonte:

  • Fontes primárias: que emitem luz própria, como o sol, a chama de uma vela ou uma lâmpada;
  • Fontes secundárias: que refletem a luz que recebem de uma fonte primária, como a lua que reflete a luz que recebe do sol, ou um livro, que só pode ser visto se refletir a luz que recebe de uma lâmpada.

As fontes luminosas também podem ser classificadas em relação à sua dimensão:

  • Fontes extensas: quando possuem dimensões consideráveis se comparadas às dimensões do objeto a ser iluminado. Por exemplo: uma lâmpada acesa perto de um livro;
  • Fontes pontuais: se as dimensões da fonte de luz forem consideradas desprezíveis em relação ao objeto a ser iluminado.

Um conjunto de raios de luz constitui um feixe de luz. A luz emitida por uma fonte pontual propaga-se em todas as direções, sendo assim, ele é denominado feixe divergente de raios de luz. Quando os raios são paralelos, como no caso da luz emitida por uma lanterna, dizemos que o feixe de luz é convergente.

Princípios da Óptica Geométrica

Existem três princípios adotados pela Óptica Geométrica para explicar os fenômenos luminosos.

O primeiro é denominado Princípio da Propagação Retilínea da Luz e afirma que:

Em meios homogêneos e transparentes, a luz propaga-se em linha reta.”

Esse princípio explica vários fenômenos, como a semelhança geométrica entre a sombra e o objeto que a produz, além da formação de penumbra e dos eclipses.

O segundo princípio da Óptica Geométrica é o da independência dos raios luminosos, que tem o seguinte enunciado:

Quando dois ou mais feixes de luz se cruzam, um não altera a propagação do outro.”

Os dois feixes de luz interceptam-se e continuam propagando-se na mesma direção

Por fim, o terceiro princípio, que é o da reversibilidade dos raios luminosos:

A trajetória seguida pela luz independe do seu sentido de propagação.”

A Óptica Geométrica é responsável pelo estudo de vários conceitos físicos, entre eles a formação de sombra, penumbra e eclipse; a reflexão e a refração da luz, bem como a formação da imagem em espelhos, nas lentes e nos instrumentos ópticos.

A câmera fotográfica é um instrumento óptico que funciona de acordo com os princípios da Óptica Geométrica

Exercícios

Questão 1

(UFSC 2013) As máquinas a vapor foram um dos motores da revolução industrial, que se iniciou na Inglaterra no século XVIII e que produziu impactos profundos, em nível mundial, nos meios produtivos, na economia e no modo de vida da sociedade. O estudo destas máquinas, em particular de seu rendimento, deu sustentação à formulação da Segunda Lei da Termodinâmica, enunciada por diversos cientistas, de formas praticamente equivalentes, no século XIX.

Com base na Segunda Lei da Termodinâmica, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

a) A maioria dos processos naturais é reversível.

b) A energia tende a se transformar em formas menos úteis para gerar trabalho.

c) As máquinas térmicas que operam no ciclo de Carnot podem obter rendimento de 100%.

d) A expressão “morte do calor do universo” refere-se a um suposto estado em que as reservas de carvão, de gás e de petróleo teriam se esgotado.

e) O calor não transita naturalmente dos corpos com temperatura menor para os corpos com temperatura maior.

f) O princípio de funcionamento de uma geladeira viola a Segunda Lei da Termodinâmica.

g) A entropia de um sistema isolado tende sempre a aumentar.

Questão 2

(CEFET-PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: “É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.”

Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:

a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%;

b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente;

c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;

d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria;

e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho.