Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre Dioptro Plano

Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre

Dioptro Plano

 

01- Observe a figura abaixo e veja que a imagem está sempre acima do objeto e na mesma reta vertical:

do=10m  —  di=?  —  no=1,3  —  ni=1  —  di.ni=do.no  —  di.1=10.1,3  —  di=13m  —  R- C.

 

02- di.ni=do.no  —  di.1,3=13.1,0  —  di=10cm  —  esta expressão só é válida para posições onde o observador esteja bem próximo à vertical que une objeto e imagem (posição O1) e, à medida que o observador for se afastando (posição 

O2), a imagem vai subindo (veja figura acima)—  R- E.

 

03- Leia a teoria abaixo:

 

04- Dioptro A-B  —  cálculo de d’, elevação de P para P’ em relação a S  —  di.ni=do.no  —  d’.1,4=28.1,3  —  d’=26cm

DioproB-ar  —  P’ em A (ni=1,3) torna-se objeto fornecendo uma imagem P’’, em relação a S’, que évista pelo observador no ar como estando a d’’ da superfície S’  —  di.ni=do.no  — d’’.1,3=1.(26 + 39)  —  d’’=65/1,3  —  d’’=50cm—  distância de S’ da imagem de P vista pelo observador.

 

05-  Do deve ser aumentada, pois a máquina deve fotografar com nitidez a imagem, que está acima do objeto, de menos de 5 cm pois, ela ainda deverá estar no interior da placa de vidro  —  R- A.

 

06- Tomando um ponto P no centro da moeda e, com o recipiente cheio de líquido, o observador deve ver a imagem do ponto P em P’, na posição indicada na figura.

Aplicando Pitágoras no triângulo retângulo PYX  —  (PX)2 = (0,5)2 + (1,0)2  —  PX=√(1,25)  —  seni=0,5/√(1,25)  —  aplicando Snell-Descartes no ponto X  —  nlíquido.seni=nar.senr  —  . nlíquido.0,5/√(1,25) = 1.sen45o   —  nlíquido.0,5/√(1,25=1.√2/2  —  nlíquido=√(2,5)  —  R- D.

 

07- Observe atentamente os raios de luz da figura abaixo:

 Um gato que observa um peixe dentro de um aquário enxerga-o mais próximo da parede do aquário (observador no ar).

Ao mesmo tempo, o peixe observa o gato mais distante do aquário (observador na água)

R- A.

 

08- Observe a figura abaixo  —  α – ângulo de incidência  —  (90 – β) – ângulo de refração:

a) Da figura, no triângulo retângulo APC  —  tgα=PC/AC=0,9/1=0,9  —  da tabela fornecida  —  α = 42o

b) Lei de Snell  —  nágua.senα = nar.sen(90 – β)  —  (1,3)x(0,67) = (1)xsen(90 – β)  —  sen(90 – β) = 0,87  —  da tabela fornecida  —  (90 – β) = 60o  —  β = 30o

c) Da figura acima, no triângulo ABI  —  tgβ = y/x  —  tg30o=y/0,9  —  0,58=y/0.9  — y=0,52m

 

09- Veja a figura abaixo:

Se o raio de luz sofrer reflexão e refração em ambas as faces e, nelas, retornar ao ar, os seguintes ângulos serão iguais:

өi=a=b=g=h             өr= c=d=e=f   —  R- өi=α=γ e өr=β  

 

10- Como a imagem está acima do observador, ela estará mais próxima do mesmo e, devido ao campo visual maior dará ao observador a impressão de ser maior que o objeto  —  R- D. 

 

11- Lei de Snell  —  n1.seni = n2.senr  —  (1).(√3/ 2) = (√3).senr  —  sen r =1/2  —   r = 30 º  —  no

interior da lâmina você obtém um triangulo retângulo  —  d = cateto oposto  —  4√3 = cateto adjacente  —  tg30o=cateto oposto/cateto adjacente  —  tg30o=d / 4 √3 —  d / 4 √3 = √3 / 3  — 3d = 4.√3.√3  —  d = 12/3  —  d = 4 cm 

 

12 Interface n1 – n2  —  n1.sen θ1=n2.senr  —  2.sen θ1=1,5.senr  —  senr=2.sen θ1/1,5 (I) 

Interface n2 – ar  —  cálculo do ângulo limite L  —  senL=nmenor/nmaior=1/1,5  —  para que haja reflexão total nessa interface o raio de luz deve incidir nela com um ângulo r tal que r>L, ou seja, senr>senL  —  senr>1/1,5  (II)  —  substituindo I em II  — 2.sen θ1/1,5 > 1/1,5  —  sen θ1>1/2  —  θ1>30o  —  para qualquer valor de θ1 maior que 30o, o raio de luz sofrerá reflexão total na interface n2 – n1.

 

13- Veja a figura abaixo:

Como o raio de luz incide perpendicularmente na primeira fase, ele não sofre desvio até atingir a segunda face quando emerge rasante, onde, aplicando Snell-Descartes  —  nv.sen60o=nar.sen90o  —  nv.1,73/2=1.1  —  nv=1,15  —  R- B

 

14 I- Como ele incide normalmente no líquido ele não sofre desvio até atingir a interface líquido-

 prisma com ângulo de 45o (sen45o=√2/2=0,7) e, nessa interface  —  cálculo do ângulo limite  —   senL=nmenor/nmaior=√2/√3=0,8  —  como seni<senL  —  i<L  —  assim, não haverá reflexão total e sim,  refração, penetrando no prisma  —  Falsa 

II- Aplicando Snell-Descartes na interface líquido-prisma  —  n’.sen45o=n.senr  —  √3. √2/2=√2.senr  —  senr=√3/2  —  r=60o  —  Falsa

III – Cálculo de i’  —  A=r + i’  —  90=60 + i’  —  i’=30 —  Aplicando Snell-Descartes na face em que o raio emerge para o ar

 —  n.sen30o=nar.senr’  —  √2. 1/2=1.senr’  —  senr’=√2/2  —  r’=45o  —  Verdadeira

IV- Verdadeira  —  veja que os raios incidente e emergente possuem o mesmo ângulo (45o), portanto possuem direções paralelas.

R- D

 

15- Visualizando a figura de frente:

Observe que na face AB e CD ele não sofre desvio, pois incide e emerge perpendicularmente e nas outras duas faces sofre reflexão total, pois incide com 45o, que é superior ao ângulo limite que é 42o—   R- D.

 

16- Como o raio incide perpendicularmente na face A ele não sofre desvio até atingir a face B, onde

incide com ângulo  i=45o e sen45o=√2/2=070  —  o ângulo limite na interface prisma-água vale senL=nmenor/nmaior  —  senL=1,33/1,52  —  senL=8,87  —  sen45o<senL  —   45o<L  —  incide na face B com ângulo inferior ao ângulo limite, ou seja, não sofre reflexão total em B, mas sim refração, passando para a água  —  R- A.

 

17- Refração no pontoA  —  nar.sen60o=nv.senr  —  1.√3/2=nv.sen30o  —  1.√3/2=nv.1/2  —  nv=√3  —  incide no ponto B onde sofre refração, pois sen30o=1/2 e senL=nmenor/nmaior=1/√3= √3/3  —  assim, como seni<senL  —  i<L  —  ele não sofre reflexão total  — 

Aplicando Snell-Descartes no ponto B  —  nv.sen30o=nar.senr  —  √3.1/2=1.senr  —  senr=√3/2  —  r=60o  —  R- A

 

18 a)

b) Para que haja reflexão total  —  ii>L —  seni>senL  —  sen45o >senL  —  √2/2 > 1/n  —  n > √2

 

19-   

a) Dado  —   nvi = 1,532  —  a Fig1  mostra a refração sofrida pelo raio violeta  —  lei de Snell  —

nvi sen 30° = nar sen Ɵvi  — 1,532 (0,5) = 1 (senƟvi)  — senƟvi = 0,766  —  da tabela dada, Ɵvi = 50° —  na Fig2  —  α + 30° = 50°  — α  = 20°.

 

b)

c) Na refração, o desvio angular cresce do vermelho para o violeta o que pode ser provado aplicando a lei de Snell para as demais radiações envolvidas  —  o ângulo de incidência é θrad = 30° para todas as radiações  —  nrad sen 30° = nar senθar  — 

1.senθar = nrad. (0,5)  —  .senθar = nrad.(0,5)  —  para cada radiação (cor) envolvida  —  senθazul=1,528.0,5=0,764  —  senθverde=1,519.0,5=0,760  —  senθamarelo=1,515.0,5=0,758  —  no intervalo de 0° a 90°, quanto menor o seno do ângulo, menor é o ângulo o que implica que o raio amarelo é o que sofre menor desvio, depois, nessa ordem, verde, azul e violeta  —  observe o esquema:

 

20 – Aplicando a lei de Snell-Descartesna superfície de separação dos meios A e B  —  

  —  nAsen7o=nBsenr  —  1.0,12=1,2.senr — senr=0,1  —   traçando o caminho percorrido pelo raio de luz  —  todo raio de luz que incide no

espelho passando  pelo foco principal F, sofre reflexão e emerge paralelamente ao eixo principal (ep)  —  observe a figura abaixo onde estão colocados os valores fornecidos e a distância d pedida  

—  lembrando que, para ângulos pequenos (menores que 10o), no caso, i=7o e r<i, os valores do seno e da tangente são aproximadamente iguais então você pode fazer senr=tgr =0.1  —  no triângulo hachurado  —  tgr=cateto oposto/cateto adjacente=d/3  —  0,1=d/3  —  d=0,3m=30cm  —  R- E.

 

21- a) Aplicando a lei de Snell-Descartes na interface prisma-líquido—  np.seni=nlsenr   —  1,6.sen45o=nl.senr  — 

senr=1,6.√2/2nl (I)  —  no triângulo hachurado  —  Pitágoras  —  d2=42 + (√2)2=16 + 2  —  d=√18cm  —  ainda no triângulo hachurado  —  senr=4/√18 (II)  —  (II) em (I)  —  1,6.√2/2nl=4/√18  —  8n1=1,6.√2.√18  —  n1=1,6.√36/8=

9,6/8—  n1=1,2.

b) Observe nas figuras abaixo que o valor máximo fornecido pela escala graduada éy=x + √2=L.√2/2 +

2  — Y=12√2/2 + √2  —  y=7√2cm  —  senr’=7√2/m=7√2/√[(7√2)2 + (√2)2]  —  senr’=7√2/10  —  aplicando Snell 

Descartes—  np.sen45o=n.senr’  —  1,6.√2/2=n.7.√2/10  —  n=1,12/0,98  —   n=1,14.

 

22 – A) A energia total gerada pelo laser de potência P=5mW=5.106W em ∆t=1h=3600s  —  P=W/∆t  —  5.106=W/3600  —  W=18.109W.s (J)  —  a energia de um fóton é fornecida por W1=h.f (I), sendo h a constante de Planck e de valor h=

6,6.10-34J.s e f a frequência do fóton emitido  —  cálculo de f  —  V=c=λf  —  3.108=66.10-8.f  —  f =(3/66).1016 Hz —

—substituindo esse valor em (I)  —  W1=6,6.10-34.(3/66).1016  —  W1=0,3.10-18  —  W1=3.10-19J (energia de um fóton emitido)  —  para o cálculo do número de fótons usar regra de três  —   1 fóton – 3.10-19J  —  n fótons – 18.109J  — 

n=18.109/3.10-19—  n=6.1028 fótons.

B) 1eV, pela definição fornecida  —  W=1eV=e.U=1,6.10-19.1=1,6.10-19J  —  regra de três  —  1eV – 1,6.10-19J  — 

3.1019J – W’—  W’ 3.1019/1,6.10-19  —  W’≈2.1038eV.

C) Veja abaixo a demonstração do cálculo do deslocamento lateral:

Equação do desvio lateral (d)  —  aplicando Snell-Descartes na figura abaixo:

1a refração – entrando na lâmina –  n1.sen i = n2.sen r

2a refração – saindo da lâmina –     n2.sen r = n1.sen i

Não existe desvio angular que é nulo, pois os raios incidente e emergente são paralelos, mas sim desvio lateral (d) que corresponde à distância entre as retas que contém os raios incidente e emergente (figura acima).

Cálculo do desvio (d):

– Triângulo XYZ  —    sen m = d/XY —  sen (i-r) = d/XY   I

– Triângulo KXY —     cos r = e/XY  —   XY = e/cos r     II

substituindo II em I —-   

 Dados—  e=40mm=40.10-3m=4.10-2m  —  cosα=0,8  —  cosθ=0,6  —  senα=√(1 – cos2α)=√(1 – 0,82)=√(1 – 0,64)=

0,36—  senα=0,6  —  analogamente, senθ=0,8  —  sen(θ – α)=senθ.cosα – senα.cosθ=0,8.0,8 – 0,6.0,6  —  sen(θ – α)=0,28  —  d=e.sen(θ – α)/cosα=4.10-2.0,28/0,8  —  d=0,014m=1,4cm=14mm.

 

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