O que são os princípios de interdependência e reversibilidade da luz? Qual a diferença entre sombra e penumbra? Quando ocorre o eclipse solar e lunar? E o Eclipse anular? O que é a câmara escura? O que é o ângulo visual?
Nessa aula de Física para o Enem você irá rever conceitos e consequências da propagação retilínea da luz. Revisará também os conceitos de sombra, penumbra, eclipses, câmara escura e o ângulo visual. Vai perder tudo isso? Fique comigo e mande bem no Enem e vestibular!
Propagação retilínea da luz
Para entendermos o conceito de propagação retilínea da luz, devemos encará-la apenas sob o ponto de vista da óptica geométrica. Esta linha de estudos da física leva em conta o caminho que o feixe de luz realiza.
Sendo assim, nesse aspecto a luz é analisada sob dois princípios: o da interdependência dos raios luminosos e o da reversibilidade
Princípio da interdependência dos raios luminosos: Quando dois ou mais raios de luz se cruzam, cada um deles segue seu trajeto como se os outros não existissem. É fácil observar isso quando vemos feixes de luz de holofotes se cruzando em um show, por exemplo.
Imagem 1: Fotografia de um rio. Em cada margem há vários holofotes com uma luz branco azulada. Esses holofotes têm seus feixes de luz apontados para o centro do rio, onde acabam se cruzando. Na imagem é possível observar que, apesar de se cruzarem, seus feixes de luz continuam se propagando sem interferência.
Princípio da reversibilidade dos rios luminosos: O caminho seguido por um raio de luz não se altera se o sentido for invertido. É por isso, por exemplo, que se você observa uma pessoa através de um espelho, com certeza essa pessoa também pode fazer o mesmo.
Imagem 2: Esquema demonstrando a reversibilidade dos raios luminosos.Imagem 3: Fotografia de um macaco se observando em um espelho. O fotógrafo que tirou esta foto estava vendo a cena porque raios luminosos refletidos pelo macaco e o espelho se propagaram retilineamente até os seus olhos. Da mesma maneira, o macaco poderia ver o fotógrafo refletido no espelho. Isso porque os raios luminosos refletidos pelo fotógrafo podem seguir até o espelho pelo mesmo caminho que os raios no sentido contrário chegaram até ele. Essa é uma das maneiras pelas quais podemos perceber a reversibilidade dos raios luminosos.
Esses dois princípios dão origem a vários efeitos:
Sombra: É uma região sem luz. Essa região é produzida por um obstáculo opaco (anteparo) que barra a propagação dos raios luminosos.
Imagem 4: Na imagem vemos um ponto F que representa uma fonte de luz. Temos também um retângulo C, representando um obstáculo que barra a passagem de luz. Por último temos A, um anteparo onde verificamos o surgimento de uma sombra S.
Penumbra: É a região com pouca luz.
Imagem 5: Desenho esquemático demonstrando a formação de sombra e penumbra.
Observe que no esquema acima (imagem 6) de cada uma das extremidades da fonte extensa F, partem dois raios com trajetórias retilíneas. Esses raios atingem o anteparo C projetando sombra no anteparo P maior mais ao fundo.
A penumbra surge lateralmente em regiões com pouca luz, como pode ser visto na figura acima.
Eclipses
Os princípios da propagação da luz causam diversos fenômenos no ambiente. Um dos mais curiosos é a formação dos eclipses. Temos dois tipos de eclipses, lunar e solar.
Eclipse lunar:
O eclipse lunar ocorre quando a Terra fica entre o Sol e a Lua. Esse eclipse pode ser total ou parcial. Veja o esquema:
Imagem 6: Desenho esquemático de um eclipse lunar. Nele a lua está mais a esquerda. Em seguida está a Terra. A uma distância quase três vazes maior, está o Sol (mais à direita).
Na imagem acima, a) é a penumbra e b) é a sombra gerada pela Terra. Podemos observar que os raios que partem do Sol em direção à Terra são barrados pela Terra. Sendo assim, a Terra lança uma sombra sobre a Terra.
Eclipse solar:
O eclipse solar ocorre quando a Lua fica entre a Terra e o Sol. O eclipse solar pode ser total, parcial ou anular.
Imagem 8: Desenho esquemático de um eclipse solar. Nele a lua está entre o Sol e a Terra, mais próxima dessa última.
Na imagem acima, a) é a penumbra e b) é a sombra gerada pela Lua. Observe a posição da Lua entre o Sol e a Terra faz com que ela bloqueie a passagem de luz para a Terra em um ponto. Isso lança uma sombra sobre a Terra. As pessoas que estão localizadas na área onde a sombra da Lua é lançada sobre a Terra verão um eclipse total. Já as que estão na penumbra verão um eclipse parcial.
Eclipse anular:
Sobre os eclipses total e o parcial você já deve ter ouvido falar, certo? Mas, já ouviu falar de eclipse anular?
O eclipse anular ocorre quando o cone de sombra da Lua não chega a atingir a Terra. Ele é visto por um observador que, situado no cone de penumbra da Lua,
Quando o cone de sombra da lua não chega a tingir a Terra, ocorre o chamado eclipse anular. Este eclipse é visto por um observador que, situado no cone de penumbra da Lua, enxerga o Sol na forma de um anel luminoso. Veja o esquema abaixo:
Câmara escura
Uma das aplicações da propagação retilínea da luz é a câmara escura. Essa estrutura consiste em uma caixa de paredes opacas. Em uma dessas paredes há um pequeno orifício.
Ao colocar um objeto AB, de tamanho o, na frente da câmara, os raios de luz que partem de AB e atravessam o orifício o, determinam na parede oposta ao orifício uma figura A’ B’ semelhante ao objeto, porém invertida.
Observe abaixo a imagem da vela que se forma ao fundo da câmara.
Existem uma relação entre a altura o do objeto, a altura i da imagem, a distância p do objeto até a câmara e a distância p’ do orifício da câmara até a imagem projetada.
Essa relação é denominada equação da câmara escura.
Vamos ver um exemplo de como isso pode cair nos vestibulares e no Enem.
Um objeto de 20 cm de tamanho é colocado a uma distância de 4 m de uma câmara com um orifício cuja dimensão entre a entrada e o anteparo é de 50 cm. Qual o tamanho da imagem projetado no anteparo?
Dados:
O = 20 cm
I = ?
P = 4 m = 400 cm
P’= 50 cm
Resolução:
Substituindo na equação da câmara escura, temos:
Portanto o tamanho da imagem projetada é 2,5 cm
Fácil hein!
Ângulo visual: Imagine uma pessoa olhando um objeto. Lembre-se que enxergamos o objeto porque a luz chegou até ele e foi refletida até nossa direção, ok?
Continuando, de todos os raios de luz que partem desse objeto e chegam até os olhos da pessoa, iremos considerar apenas aqueles raios que partes das extremidades do objeto.
Esses raios formam um ângulo a, que a pessoa enxerga o objeto. Esse ângulo é denominado ângulo visual. Vamos chamar o objeto de AB para que você entenda o esquema abaixo.
O ângulo visual depende da extensão do objeto e de sua posição em relação ao observador. Quanto maior a distância, menor o ângulo visual.
Entendeu tudo? Que ótimo! Agora veja uma aula para continuar fixando o conteúdo de propagação da luz:
Agora resolva 10 exercícios sobre propagação da luz:
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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(UFRGS/2018)
Um feixe de luz monocromática, propagando-se em um meio transparente com índice de refração n1, incide sobre a interface com um meio, também transparente, com índice de refração n2.
Considere θ1 e θ2, respectivamente, os ângulos de incidência e de refração do feixe luminoso.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
Haverá reflexão total do feixe incidente se …….. e se o valor do ângulo de incidência for tal que …….. .
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(ACAFE SC/2017)
O uso de fibras ópticas em aplicações médicas tem evoluído bastante desde as aplicações pioneiras do Fiberscope, onde um feixe de fibras de vidro servia basicamente para iluminar e observar órgão no interior do corpo humano. Hoje em dia, tem-se uma variedade de aplicações de sistemas sensores com fibras ópticas em diagnóstico e cirurgia.
Assinale a alternativa correta que completa as lacunas das frases a seguir.
O princípio é que quando lançado um feixe de luz numa extremidade da fibra e, pelas características ópticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra por meio de _______ sucessivas. A fibra possui no mínimo duas camadas: o núcleo (filamento de vidro) e o revestimento (material eletricamente isolante). No núcleo, ocorre a transmissão da luz propriamente dita. A transmissão da luz dentro da fibra é possível graças a uma diferença de índice de _______ entre o revestimento e o núcleo, sendo que o núcleo possui sempre um índice de refração mais elevado, característica que, aliada ao ângulo de ______ do feixe de luz, possibilita o fenômeno da ______ total.
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(UNIUBE MG/2016)
Há situações do dia a dia em que a luz não consegue atravessar a superfície de separação entre dois meios, apesar de estes serem transparentes. Ou seja, não se vê o fenômeno de refração da luz. A esse fenômeno damos o nome de reflexão total.
Seguem abaixo algumas consequências da reflexão total da luz:
– A miragem é comum quando viajamos em estradas longas e retas. Temos a impressão de que a superfície do asfalto está molhada.
– As fibras ópticas são feitas de vidro ou de plástico e possuem paredes extremamente lisas. Por esse motivo, a fibra óptica é um condutor de luz. Essa tecnologia é amplamente utilizada na medicina e nas telecomunicações.
Sobre a reflexão total da luz, são feitas algumas afirmações:
I. Para haver reflexão total interna da luz, é necessário que a luz se propague de um meio mais denso para um meio menos denso.
II. Para haver reflexão total interna da luz, é necessário que o ângulo de incidência seja superior ao ângulo limite de incidência.
III. A reflexão interna total independe do ângulo de incidência do raio de luz no interior da fibra de vidro.
IV. Quando a luz passa do ar ( n = 1) para a água (1,33), existe um ângulo de incidência para o qual ocorre a reflexão total.
A resposta está incorreta. Veja uma revisão nesta aula e continue se preparando para o Enem e vestibulares!
Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(UERJ/2019)
Física para poetas
1O ensino da física sempre foi um grande desafio. Nos últimos anos, muitos esforços foram feitos 2com o objetivo de ensiná-la desde as séries iniciais do ensino fundamental, no contexto do ensino 3de ciências. Porém, como disciplina regular, a física aparece no ensino médio, quando se torna 4“um terror” para muitos estudantes.
5Várias pesquisas vêm tentando identificar quais são as principais dificuldades do ensino de física 6e das ciências em geral. Em particular, a queixa que sempre se detecta é que os estudantes não 7conseguem compreender a linguagem matemática na qual, muitas vezes, os conceitos físicos são 8expressos. Outro ponto importante é que as questões que envolvem a física são apresentadas 9fora de uma contextualização do cotidiano das pessoas, o que dificulta seu aprendizado. Por 10fim, existe uma enorme carência de professores formados em física para ministrar as aulas da 11disciplina.
12As pessoas que vão para o ensino superior e que não são da área de ciências exatas praticamente 13nunca mais têm contato com a física, da mesma maneira que os estudantes de física, engenharia 14e química poucas vezes voltam a ter contato com a literatura, a história e a sociologia. É triste 15notar que a especialização na formação dos indivíduos costuma deixá-los distantes de partes 16importantes da nossa cultura, da qual as ciências físicas e as humanidades fazem parte.
17Mas vamos pensar em soluções. Há alguns anos, ofereço um curso chamado “Física para poetas”. 18A ideia não é original – ao contrário, é muito utilizada em diversos países e aqui mesmo no Brasil. 19Seu objetivo é apresentar a física sem o uso da linguagem matemática e tentar mostrá-la próxima 20ao cotidiano das pessoas. Procuro destacar a beleza dessa ciência, associando-a, por exemplo, à 21poesia e à música.
22Alguns dos temas que trabalho em “Física para poetas” são inspirados nos artigos que publico. 23Por exemplo, “A busca pela compreensão cósmica” é uma das aulas, na qual apresento a evolução 24dos modelos que temos do universo. Começando pelas visões místicas e mitológicas e chegando 25até as modernas teorias cosmológicas, falo sobre a busca por responder a questões sobre a 26origem do universo e, consequentemente, a nossa origem, para compreendermos o nosso lugar 27no mundo e na história.
28Na aula “Memórias de um carbono”, faço uma narrativa de um átomo de carbono contando 29sua história, em primeira pessoa, desde seu nascimento, em uma distante estrela que morreu há 30bilhões de anos, até o momento em que sai pelo nariz de uma pessoa respirando. Temas como 31astronomia, biologia, evolução e química surgem ao longo dessa aula, bem como as músicas 32“Átimo de pó” e “Estrela”, de Gilberto Gil, além da poesia “Psicologia de um vencido”, de Álvares 33de Azevedo.
34Em “O tempo em nossas vidas”, apresento esse fascinante conceito que, na verdade, vai muito 35além da física: está presente em áreas como a filosofia, a biologia e a psicologia. Algumas músicas 36de Chico Buarque e Caetano Veloso, além de poesias de Vinicius de Moraes e Carlos Drummond 37de Andrade, ajudaram nessa abordagem. Não faltou também “Tempo Rei”, de Gil.
38A arte é uma forma importante do conhecimento humano. Se músicas e poesias inspiram as 39mentes e os corações, podemos mostrar que a ciência, em particular a física, também é algo 40inspirador e belo, capaz de criar certa poesia e encantar não somente aos físicos, mas a todos os 41poetas da natureza.
ADILSON DE OLIVEIRA
Adaptado de cienciahoje.org.br, 08/08/2016.
Física
Colho esta luz solar à minha volta,
No meu prisma a disperso e recomponho:
Rumor de sete cores, silêncio branco.
JOSÉ SARAMAGO
Na imagem a seguir, o triângulo ABC representa uma seção plana paralela à base de um prisma reto. As retas n e n’ são perpendiculares aos lados AC e AB, respectivamente, e BÂC = 80º.
A medida do ângulo entre n e n’ é:
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(UFPR/2019)
Um dado meio tem um índice de refração n1. Um outro meio tem um índice de refração n2. Assinale a alternativa que expressa corretamente a relação entre os módulos das velocidades da luz nos dois meios, quando n2 = 2n1.
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
(FM Petrópolis RJ/2019)
A luz do sol, após atravessar a água em um aquário, projeta um arco-íris na parede de uma residência.
A decomposição da luz branca do sol, ao atravessar os meios ar – água – ar, ocorre porque cada componente da luz possui, na água, diferentes índices de
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(Mackenzie SP/2019)
A flor Vitória Régia em um lago amazonense calmo
A vitória régia é uma flor da Amazônia que tem forma de círculo. Tentando guardar uma pepita de ouro, um índio a pendurou em um barbante prendendo a outra extremidade bem no centro de uma vitória régia de raio R = 0,50 m, dentro da água de um lago amazonense muito calmo. Considerando-se o índice de refração do ar igual a 1,0, o da água nA e o comprimento do barbante, depois de amarrado no centro da flor e solto, 50 cm, pode-se afirmar que o valor de nA, de modo que, do lado de fora do lago, ninguém consiga ver a pepita de ouro é:
Correto
Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
Incorreto
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(UNITAU SP/2019)
No âmbito da Física Moderna, a luz é apontada como tendo um comportamento dual, ou seja, em algumas situações se comporta como um feixe de partículas, ao passo que, em outras, como uma onda eletromagnética.
Considerando o comportamento dual da luz, é TOTALMENTE CORRETO afirmar:
Correto
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Incorreto
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(IFMT/2019)
A figura abaixo ilustra um feixe de luz monocromático, proveniente de uma região de vácuo (Meio A) com velocidade c 3,0 108m.s–1, incidindo contra a superfície de um líquido homogêneo e isotrópico (Meio B). Sendo os ângulos e , pode-se afirmar que a velocidade da luz no Meio B vale:
Dados:
sin53° = 0,8
sin37° = 0,6
Correto
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Incorreto
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(UniCESUMAR PR/2017)
Uma pessoa está meditando, com seu corpo parcialmente submerso nas águas tranquilas de uma piscina.
Observando a imagem, notamos uma desproporção entre a parte do corpo submersa comparada com a parte exposta ao ar. Esse fenômeno óptico é explicado pela
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Sobre o(a) autor(a):
Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.