Refração da Luz
Lista de 08 exercícios de Física com gabarito sobre o tema Refração da Luz com questões de Vestibulares.
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1. (ITA) A luz solar, ao atravessar um prisma de vidro, é separada em luzes de diversas cores, porque
- a transparência do material do prisma varia com a cor da luz incidente.
- o índice de refração do material do prisma (vidro) é diferente para luzes de cores diferentes.
- a luz atravessa mais lentamente os meios mais densos.
- o índice de refração do material do prisma depende da densidade do meio.
- Nenhuma das anteriores.
Resposta: B
Resolução:
A luz solar é composta por uma mistura de todas as cores do arco-íris. Quando essa luz atravessa um prisma, cada cor é refratada em um ângulo diferente. Isso ocorre porque o índice de refração do material do prisma varia com a cor da luz incidente.
A luz vermelha tem o índice de refração mais baixo, seguida pela laranja, amarela, verde, azul, índigo e violeta. Portanto, a luz vermelha é refratada em um ângulo menor do que a luz violeta, que é a cor com o índice de refração mais alto.
As outras opções estão incorretas por:
(a) A transparência do material do prisma não varia com a cor da luz incidente.
(c) A luz atravessa mais lentamente os meios mais densos, mas isso não é a causa da separação das cores do arco-íris.
(d) O índice de refração do material do prisma depende da densidade do meio, mas isso não é relevante para a questão.
(e) Nenhuma das anteriores é a causa da separação das cores do arco-íris.
2. (PUC-MG) Um raio de luz branca atravessa um prisma de cristal, observando-se várias cores após a emergência de luz. Esse fenômeno de separação em cores é denominado
- difração
- dispersão
- interferência
- polarização
- refração
Resposta: B
Resolução:
A dispersão é o fenômeno da separação de um feixe de luz em suas diferentes cores, devido à diferença de velocidade de propagação da luz em meios diferentes.
No caso da questão, a luz branca é composta por todas as cores do arco-íris. Quando essa luz atravessa um prisma de cristal, cada cor é refratada em um ângulo diferente. Isso ocorre porque o índice de refração do cristal varia com a cor da luz incidente.
A luz vermelha tem o índice de refração mais baixo, seguida pela laranja, amarela, verde, azul, índigo e violeta. Portanto, a luz vermelha é refratada em um ângulo menor do que a luz violeta, que é a cor com o índice de refração mais alto.
3. (FM-Taubaté-SP) A hipermetropia é um defeito do olho que pode ser corrigido com uso de lentes
- esféricas convergentes
- esféricas divergentes
- cilíndricas
- parabólicas
- Nenhuma das anteriores
Resposta: A
Resolução: A hipermetropia é um defeito do olho que ocorre quando o globo ocular é menor do que o normal, o que faz com que a imagem seja formada atrás da retina. Para corrigir esse defeito, é necessário usar uma lente convergente, que irá convergir os raios de luz para a frente, na retina.
As lentes divergentes, por outro lado, irão divergir os raios de luz, o que é o oposto do que é necessário para corrigir a hipermetropia. As lentes cilíndricas são usadas para corrigir a astigmatismo, um defeito do olho que ocorre quando a córnea não é perfeitamente redonda. As lentes parabólicas são usadas em instrumentos ópticos, como telescópios e microscópios.
04. (Fatec-SP) Na figura adiante, um raio de luz monocromático se propaga pelo meio A, de índice de refração 2,0. (Dados: sen. 37° = 0,60 sen. 53° = 0,80)
Devemos concluir que o índice de refração do meio B é:
- 0,5
- 1,0
- 1,2
- 1,5
- 2,0
Resposta: D
Resolução:
05. (PUC-MG) Suponha que não houvesse atmosfera na Terra. Nesse caso, é correto afirmar que veríamos:
- o Sol nascer mais cedo no horizonte
- o Sol se pôr mais cedo no horizonte.
- o nascer e o pôr do sol mais tarde.
- o nascer e o pôr do sol no mesmo horário como se houvesse atmosfera.
- n.d.a
Resposta: B
Resolução:
A atmosfera da Terra tem um efeito de refração na luz do Sol, fazendo com que ele pareça estar mais alto no céu do que realmente está. Isso é o que causa o efeito do sol vermelho no pôr do sol, pois a luz do Sol tem que passar por mais atmosfera para chegar aos nossos olhos.
Sem a atmosfera, a luz do Sol não seria refratada, e o Sol pareceria estar mais baixo no céu. Isso significaria que o Sol se pôr mais cedo, pois ele teria que se mover mais para baixo no horizonte para desaparecer.
As outras opções estão incorretas por motivos diferentes. A opção (a) está incorreta porque o Sol nasceria mais tarde, pois ele teria que se mover mais para cima no céu para aparecer. A opção (c) está incorreta porque o nascer e o pôr do sol seriam mais cedo, pois o Sol não teria que se mover tanto para aparecer ou desaparecer. A opção (d) está incorreta porque o nascer e o pôr do sol seriam no mesmo horário, mas o Sol pareceria estar mais baixo no céu.
06. (PUC-Camp-SP) Há uma série de fenômenos observáveis que ocorrem na atmosfera terrestre e que são determinados pela refração da luz ao percorrê-la. São exemplos o arco-íris, a formação de halos ao redor da Lua, a posição aparente dos astros mais elevada que a real, o fenômeno das miragens no deserto, a aurora boreal. A refração é o fenômeno da mudança na velocidade da propagação da luz ao passar de um meio transparente para outro. Considere um raio luminoso que forma ângulos iguais a 45º e 60º com a superfície que separa o vácuo do meio transparente e homogêneo M, como representado na figura.
Dados:
Velocidade da luz no vácuo = 3,0 . 108 m/s
De acordo com a situação apresentada, a velocidade da luz no meio M, em m/s, vale:
- 1,0 . 108
- 1,0√2. 108
- 1,5 . 108
- 1,0 .√3 . 108
- 1,5 . √2. 108
Resposta: E
Resolução:
07. (UERN) Um feixe de luz proveniente de um meio A propaga-se em direção à superfície de separação com um meio B. Se o índice de refração do meio B em relação ao meio A é igual a 1,25, ao sofrer a refração, o feixe de luz teve sua velocidade:
- reduzida em 25%.
- reduzida em 20%.
- aumentada em 20%.
- aumentada em 25%.
Resposta: B
Resolução:
O índice de refração é definido como a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em questão. Se o índice de refração do meio B em relação ao meio A é igual a 1,25, isso significa que a velocidade da luz no meio B é 25% menor do que a velocidade da luz no meio A.
Portanto, ao sofrer a refração, o feixe de luz teve sua velocidade reduzida em 20%.
Aqui está uma explicação matemática:
Índice de refração:
n = c / v
Onde:
n é o índice de refração
c é a velocidade da luz no vácuo
v é a velocidade da luz no meio
No caso do exercício:
n_B / n_A = 1,25
Onde:
n_B é o índice de refração do meio B
n_A é o índice de refração do meio A
v_B / v_A = n_A / n_B
Onde:
v_B é a velocidade da luz no meio B
v_A é a velocidade da luz no meio A
v_B / v_A = 1 / 1,25
v_B / v_A = 0,8
v_B = 0,8 * v_A
Isso significa que a velocidade da luz no meio B é 20% menor do que a velocidade da luz no meio A.
08. (PUC-RIO) 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 108 m/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).
- 200 nm; 4 x 108 m/s
- 200 nm; 3 x 108 m/s
- 200 nm; 2 x 108 m/s
- 400 nm; 1 x 108 m/s
- 400 nm; 2 x 108 m/s
Resposta: E
Resolução:
Comprimento de onda no vidro:
O comprimento de onda da luz é diretamente proporcional à velocidade da luz no meio em que ela se propaga. Como a velocidade da luz no vidro é menor do que no vácuo, o comprimento de onda da luz também será menor.
Aplicando a fórmula da refração da luz:
n_1 * lambda_1 = n_2 * lambda_2
Onde:
n_1 é o índice de refração do meio 1 (vácuo)
lambda_1 é o comprimento de onda da luz no meio 1 (vácuo)
n_2 é o índice de refração do meio 2 (vidro)
lambda_2 é o comprimento de onda da luz no meio 2 (vidro)
Substituindo os valores dados no enunciado:
1 * 600 nm = 1,5 * lambda_2
lambda_2 = 600 nm / 1,5
lambda_2 = 400 nm
Velocidade de propagação da luz no vidro:
A velocidade de propagação da luz no vidro é igual à velocidade da luz no vácuo dividida pelo índice de refração do vidro.
v_2 = c / n_2
v_2 = 3 x 108 m/s / 1,5
v_2 = 2 x 108 m/s
Portanto, as respostas corretas são (e), 400 nm e 2 x 108 m/s.
Aqui está uma explicação detalhada da resolução do exercício:
1. Definição dos conceitos:
Comprimento de onda: é a distância entre dois máximos ou mínimos sucessivos de uma onda.
Velocidade de propagação: é a distância percorrida por uma onda em um determinado intervalo de tempo.
Índice de refração: é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em questão.
2. Aplicação da fórmula da refração da luz:
A fórmula da refração da luz relaciona o comprimento de onda da luz nos dois meios envolvidos na propagação.
n_1 * lambda_1 = n_2 * lambda_2
Onde:
n_1 é o índice de refração do meio 1
lambda_1 é o comprimento de onda da luz no meio 1
n_2 é o índice de refração do meio 2
lambda_2 é o comprimento de onda da luz no meio 2
Substituindo os valores dados no enunciado:
1 * 600 nm = 1,5 * lambda_2
lambda_2 = 600 nm / 1,5
lambda_2 = 400 nm
Portanto, o comprimento de onda da luz no vidro é de 400 nm.
3. Cálculo da velocidade de propagação da luz no vidro:
A velocidade de propagação da luz no vidro é igual à velocidade da luz no vácuo dividida pelo índice de refração do vidro.
v_2 = c / n_2
v_2 = 3 x 108 m/s / 1,5
v_2 = 2 x 108 m/s
Portanto, a velocidade de propagação da luz no vidro é de 2 x 108 m/s.