Prismas Óptico
Lista de 08 exercícios de Física com gabarito sobre o tema Prismas Óptico com questões de Vestibulares.
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01. (UFES) Deseja-se que um raio de luz que passa através de um prisma sofra reflexão total. Neste caso é necessário que:
- o prisma tenha um ângulo reto.
- o ângulo de incidência do raio seja maior do que qualquer dos ângulos do prisma.
- a luz incidente seja policromática.
- o índice de refração do prisma seja maior do que o do meio onde se encontra.
- n.d.a.
Resposta: D
Resolução:
A resposta correta é a (D). Para que ocorra reflexão total, o ângulo de incidência do raio na face de saída do prisma deve ser maior que o ângulo limite para o par de meios prisma-meio externo. O ângulo limite é calculado pela seguinte fórmula:
θ_l = arccos(1/n),
onde n é o índice de refração do prisma.
Assim, para que o ângulo de incidência seja maior que o ângulo limite, é necessário que o índice de refração do prisma seja maior do que o do meio externo.
As demais alternativas são incorretas:
(A) O prisma não precisa ter um ângulo reto.
(B) O ângulo de incidência do raio deve ser maior do que o ângulo limite, não qualquer dos ângulos do prisma.
(C) A luz incidente pode ser policromática ou monocromática.
Portanto, a resposta correta é a (D).
Aqui está uma explicação mais detalhada:
A reflexão total ocorre quando um raio de luz incide em uma interface entre dois meios com índices de refração diferentes, de forma que o ângulo de incidência é maior que o ângulo limite. O ângulo limite é o ângulo de incidência em que o raio de luz refratado forma um ângulo de 90° com a interface.
No caso de um prisma, o ângulo limite é calculado pela seguinte fórmula:
θ_l = arccos(1/n),
onde n é o índice de refração do prisma.
Para que ocorra reflexão total, o ângulo de incidência deve ser maior que o ângulo limite. Portanto, é necessário que o índice de refração do prisma seja maior do que o do meio externo.
As demais alternativas são incorretas:
(A) O prisma não precisa ter um ângulo reto. A reflexão total pode ocorrer em prismas de qualquer ângulo.
(B) O ângulo de incidência do raio deve ser maior do que o ângulo limite, não qualquer dos ângulos do prisma. O ângulo limite é o ângulo de incidência em que o raio de luz refratado forma um ângulo de 90° com a interface.
(C) A luz incidente pode ser policromática ou monocromática. A reflexão total ocorre independentemente da cor da luz.
02. (UFG) O arco-íris é um fenômeno óptico em que a luz solar incide nas gotículas de água suspensas na atmosfera, gerando as cores do espectro eletromagnético. Nesse fenômeno, em que ordem ocorrem os processos físicos envolvidos?
- Refração, dispersão, reflexão e refração.
- Dispersão, refração, reflexão e refração.
- Dispersão, reflexão, refração e transmissão.
- Refração, dispersão, transmissão e refração.
- Refração, reflexão, refração e dispersão.
Resposta: A
Resolução:
A resposta correta é a (A). A ordem correta dos processos físicos envolvidos na formação de um arco-íris é:
Refração: a luz solar branca incide nas gotículas de água e é refratada, ou seja, seu caminho é desviado.
Dispersão: a luz branca é refratada em diferentes ângulos, dependendo do seu comprimento de onda. Os comprimentos de onda mais curtos (azul e violeta) são refratados em maiores ângulos do que os comprimentos de onda mais longos (vermelho e laranja).
Reflexão: parte da luz refratada é refletida nas paredes internas da gotícula de água.
Refração: a luz refletida é refratada novamente ao sair da gotícula de água.
Portanto, a ordem correta é refração, dispersão, reflexão e refração.
As demais alternativas estão incorretas:
(B) A dispersão ocorre antes da refração.
(C) A reflexão ocorre após a refração.
(D) A transmissão ocorre após a reflexão.
(E) A dispersão ocorre após a reflexão.
Aqui está uma explicação mais detalhada de cada processo:
Refração: a luz solar branca incide nas gotículas de água com um ângulo de incidência. O índice de refração da água é maior do que o do ar, portanto, a luz é refratada, ou seja, seu caminho é desviado. O ângulo de refração depende do índice de refração do meio e do ângulo de incidência.
Dispersão: a luz branca é composta por diferentes comprimentos de onda, que correspondem às diferentes cores do espectro eletromagnético. Os comprimentos de onda mais curtos (azul e violeta) são refratados em maiores ângulos do que os comprimentos de onda mais longos (vermelho e laranja). Esse fenômeno é conhecido como dispersão da luz.
Reflexão: parte da luz refratada é refletida nas paredes internas da gotícula de água. O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência.
Refração: a luz refletida é refratada novamente ao sair da gotícula de água. O ângulo de refração depende do índice de refração do meio e do ângulo de incidência.
Ao observar um arco-íris, vemos as cores do espectro eletromagnético em ordem, do vermelho ao violeta. Isso ocorre porque os comprimentos de onda mais curtos são refratados em maiores ângulos e, portanto, são vistos primeiro.
03. (Mackenzie) Um raio de luz monocromática incide em um prisma que está imerso no ar, segundo o desenho abaixo. O índice de refração do material que constitui o prisma é:
- √2/2
- √3/2
- √2
- √3
- impossível a determinação, pois faltam dados.
Resposta: C
Resolução:
04. (Mackenzie) Um raio luminoso incide perpendicularmente a uma das faces de um prisma de vidro (nvidro = 2), imerso no ar (nar = 1), e emerge rasante à outra face. O ângulo de refringência A desse prisma é:
- 15°
- 30°
- 40°
- 45°
- 60°
Resposta: D
Resolução: Quando uma raio de luz encontra um obstáculo ele pode sofrer refração ou reflexão. O ângulo limite representa o ângulo de incidência da luz à partir do qual não ocorre mais a refração.
A reflexão total dos raios luminosos ocorre quando o ângulo de incidência é superior ao ângulo limite.
Para determinar o valor do ângulo refringência utilizaremos a seguinte equação-
Senα = Na/Nb
Onde,
Na = menor índice de refração
Nb = maior índice de refração
Assim,
Senα = 1/√2
Senα = √2/√2. √2
Senα = √2/2
α = 45°
05. (FUVEST) Um feixe de luz é uma mistura de três cores: verde, vermelho e azul. Ele incide, conforme indicado na figura, sobre o prisma material transparente, com índice de refração crescente com a frequência. Após atravessar o prisma, a luz atinge um filme para fotografia a cores que, ao ser revelado, mostra três manchas coloridas.
De cima para baixo, as cores dessas manchas são, respectivamente:
- verde, vermelho e azul;
- vermelho, azul e verde;
- azul, vermelho e verde;
- verde, azul e vermelho;
- vermelho, verde e azul.
Resposta: E
Resolução: De cima para baixo, as cores dessas manchas são, respectivamente: vermelho, verde e azul.
06. (Enem 2018) A figura representa um prisma óptico, constituído de um material transparente, cujo índice de refração é crescente com a frequência da luz que sobre ele incide. Um feixe luminoso, composto por luzes vermelha, azul e verde, incide na face A, emerge na face B e, após ser refletido por um espelho. Incide num flime para fotografia colorida, revelando três pontos.
Observando os pontos luminosos revelados no flime, de baixo para cima, constatam-se as seguintes cores:
- Vermelha, verde, azul.
- Verde, vermelha, azul.
- Azul, verde, vermelha.
- Verde, azul, vermelha.
- Azul, vermelha, verde.
Resposta: A
Resolução:
07. (UEPG) Se fizermos incidir sobre um prisma um fino feixe de luz branca, veremos emergir do outro lado um feixe de luz colorido e mais espesso, que nos lembra um arco-íris. Com relação a esse fenômeno, que é chamado de dispersão da luz, assinale a alternativa que contém uma afirmação incorreta:
- A luz branca é uma combinação das cores do espectro.
- O índice de refração absoluto do prisma é único para todas as cores.
- As cores do espectro são puras.
- O índice de refração absoluto do prisma é diferente e maior para luz violeta do que para luz vermelha.
- O índice de refração absoluto do prisma é maior para luz violeta do que para luz vermelha.
Resposta: B
Resolução: O índice de refração absoluto do prisma não é o mesmo para todas as cores da luz branca. Na verdade, o índice de refração é maior para as cores de luz violeta do que para as cores de luz vermelha. Isso é o que causa a dispersão da luz quando a luz branca incide no prisma, separando as cores e formando o espectro de cores
08. (UEL) A figura abaixo representa um raio de luz que atravessa um prisma. O desvio sofrido por esse raio de luz, em graus, vale:
- 20
- 30
- 50
- 60
- 90
Resposta: A
Resolução: Resolução 4:34