Exercícios de Refração - Lista de Exercícios Resolvida

A figura abaixo mostra um peixe e um banhista.

O banhista vê o peixe mais próximo do ponto ou do ponto ?

O peixe vê a cabeça do banhista mais próxima do ponto ou do ponto ?

Em um tanque, uma camada de água com de espessura flutua em uma camada de tetracloreto de carbono com de espessura.

Existe uma moeda no fundo do tanque. Você tem a impressão de que a moeda se encontra a que profundidade?

(Sugestão: Use o resultado e as suposições do problema anterior e faça um diagrama de raios da situação.)

Você olha para baixo, em direção a uma moeda que está no fundo de uma piscina de profundidade e índice de refração .

Como você observa a moeda com dois olhos, que interceptam raios luminosos diferentes provenientes da moeda, tem a impressão de que a moeda se encontra no lugar onda os prolongamentos dos raios interceptados se cruzam, a uma profundidade .

Supondo que os raios da figura acima não se desviam muito da vertical, mostre que .

(Sugestão: Use a aproximação, válida para ângulos pequenos, de que .)

Um feixe de luz monocromático atravessa a interface plana entre dois meios de índices de refração n1 e n2. As velocidades de propagação dos feixes, v1 no meio 1 e v2 para o meio 2, obedecem a:

De acordo com o princípio de Fermat, a luz ao se propagar através de meios com diferentes índices de refração:

1. Seguirá o percurso que representa o MENOR tempo dentre todas as trajetórias imagináveis.
2. Seguirá sempre um caminho retilíneo.
3. Seguirá o percurso que representa o MAIOR caminho óptico dentre todas as trajetórias imagináveis.
4. Seguirá o percurso com o MENOR distância dentre todas as trajetórias imagináveis.
5. Seguirá um caminho que não depende dos índices de refração dos diferentes meios.

Uma onda plana eletromagnética linearmente polarizada, propagando-se no vácuo no sentido positivo do eixo z, tem comprimento de onda e intensidade .

Parte dessa onda eletromagnética entra em uma placa transparente, de espessura (ver figura), tal que a velocidade de propagação se reduz a , incidindo com um ângulo de 30o em relação à normal da superfície da placa.

(e) Qual é a direção de propagação da onda após atravessar a placa e emergir de volta ao vácuo? Justifique.

Uma onda plana eletromagnética linearmente polarizada, propagando-se no vácuo no sentido positivo do eixo z, tem comprimento de onda e intensidade .

Parte dessa onda eletromagnética entra em uma placa transparente, de espessura (ver figura), tal que a velocidade de propagação se reduz a , incidindo com um ângulo de 30o em relação à normal da superfície da placa.

(d) Se no percurso dentro da placa a onda ganha uma fase de π, qual é a espessura da placa?

Um raio de luz monocromático parte do fundo de um tanque cheio de água, de índice de refração , e incide sobre a interface plana entre a água e o ar (). O ângulo entre do raio incidente com a normal é de . Determine o ângulo do raio refratado:

5. O raio incidente sofre reflexão interna total.

Um raio de luz monocromático parte do ar () e incide em uma face horizontal de um prisma triangular, conforme a figura com . O prisma possui o índice de refração igual a . Determine o valor do ângulo de incidência do raio da figura para que a reflexão na face inclinada do prisma seja com o ângulo crítico.

1. .
2. .

Um feixe de luz monocromático se propaga em dois meios materiais de índice de refração e com velocidades e , respectivamente. Se a velocidade de propagação no primeiro meio material é maior que a velocidade de propagação no segundo meio, ou seja, , pode-se concluir que a relação válida entre os índices de refração é

a) .

b) .

c) .

d) .

O tanque retangular de metal, mostrado na figura ao abaixo, contém um líquido desconhecido. Se o observador, cuja linha de visada coincide com a linha do tanque, mal consegue ver o vértice , o índice de refração do líquido é:

A)1,75

B)1,67

C)1,5

D)1,33

E)1,25

Um objeto circular está dentro d’água () a uma profundidade . O objeto é visto por uma pessoa no ar (), fora d’água, com uma profundidade aparente conforme mostra a figura. Considerando e , determine a razão .

a) .

b) .

c) .

d) .

Considere o sistema formado por três camadas de materiais dielétricos, como mostrado na figura. Os índices de refração das camadas são, respectivamente, , com . Um feixe de luz atravessa esse arranjo a partir da camada 1, formando, em cada respectiva camada, os ângulos de incidência(com a normal) , e . Na figura, aparece apenas o ângulo . Pode-se afirmar que

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Durante a aula de Física, os estudantes simularam alguns fenômenos relacionados ao estudo da luz, utilizando um software de simulação, os alunos incidiram um feixe de luz em um meio onde o n = 1,5 , sendo o outro meio, o ar. Verificou-se que o feixe comportou-se conforme mostra a figura abaixo. Com base nessas informações, é correto afirmar que:

1. ocorreu a difração da luz
2. ocorreu a refração porque a velocidade no meio 2 é maior do que no meio 1.
3. quando o ângulo de incidência é maior que o limite, então ocorreu a reflexão total.
4. a luz não conseguiu passar para o meio 1 porque sua velocidade ficou muito baixa.
5. ocorreu o fenômeno da refração.

Considere um feixe de luz dentro de um tubo sólido, feito de um determinado plástico com índice de refração n. A luz se desloca paralelamente à parte superior do tubo, conforme mostra a figura. Deseja-se cortar a face AB de modo que toda a luz seja refletida na interface plástico-ar (considere o índice de refração do ar igual ao do vácuo). As inclinações limites para o ângulo θ são dadas por:

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Muitos compositores descrevem em suas canções o encanto e a magia que a luz provoca nas pessoas. Leia um trecho de canção escrita por Caetano Veloso que cita a luz:

Luz do Sol

Luz do sol

Que a folha traga e traduz

Em ver denovo

Em folha, em graça

Em vida, em força, em luz...

Céu azul

Que venha até

Onde os pés

Tocam a terra

E a terra inspira

E exala seus azuis...

De acordo com as Leis da óptica é correto afirmar que:

1. a luz que recebemos é o espectro total da radiação eletromagnética fornecida pelo Sol, a cor da luz do Sol são as cores azul, verde e vermelho.
2. a luz que recebemos é o espectro total da radiação eletromagnética fornecida pelo Sol, a cor da luz do Sol são as cores do arco íris.
3. a luz que recebemos é o espectro total da radiação eletromagnética fornecida pelo Sol, a cor da luz do Sol é azul, por isso o céu é azul.
4. a luz que recebemos é o espectro total da radiação eletromagnética fornecida pelo Sol, a luz solar é monocromática.
5. a luz que recebemos é o espectro total da radiação eletromagnética fornecida pelo Sol, a cor da luz do Sol são as cores azul e vermelho.

Qual das figuras a seguir mostra corretamente a trajetória de um raio luminoso que se propaga de um ponto X no ar para um ponto Y no vidro?

A) I

B) II

C) III

D) IV

E) V

Dois raios de luz, que se propagam em um meio homogêneo e transparente, interceptam-se em certo ponto. A partir desse ponto, pode-se afirmar que:

1. continuam propagando-se na mesma direção e sentindo que antes.
2. mudam a direção de propagação.
3. os raios luminosos cancelam-se.
4. retornam em sentidos opostos.
5. propagam-se em trajetórias curvas.

A figura mostra o trajeto de um raio luminoso que passa por três diferentes materiais transparentes. O que se pode concluir sobre os índices de refração dos materiais?

A luz amarela se propaga em um determinado vidro com velocidade de . Sendo a velocidade da luz no vácuo, determine o índice de refração absoluto do vidro para a luz amarela:

O enunciado abaixo se refere às questões 5 e 6!

Um raio luminoso, vindo do ar (cujo índice de refração vale ), incide sobre a superfície de um vidro que possui espessura de e índice de refração . O ângulo entre o raio luminoso e a superfície vale, como ilustrado na figura ao lado.

6) Quanto vale o ângulo, com a superfície do vidro, com o qual emerge o raio luminoso do outro lado do vidro, após atravessar o mesmo completamente?

5. Não há raio emergente do outro lado do vidro, pois ocorre reflexão interna total dentro do vidro.

O enunciado abaixo se refere às questões 5 e 6!

Um raio luminoso, vindo do ar (cujo índice de refração vale ), incide sobre a superfície de um vidro que possui espessura de e índice de refração . O ângulo entre o raio luminoso e a superfície vale, como ilustrado na figura ao lado.

5) Com que ângulo, com respeito à direção original de propagação, o raio é refratado para dentro do vidro, aproximadamente?