P1 de Física 4 - FIS1061 da PUCRIO - 2017.2

Enunciado Um feixe de luz monocromática, bem colimado e de pequeno diâmetro, propaga-se no ar e atinge a interface de uma piscina com água (n = 1,33), de profundidade 1,6m. Considere que esse feixe é emitido a partir de uma altura de 40 cm em relação à superfície da água, fazendo um ângulo de 45° com a normal à superfície.

(a) Parte do feixe penetra na água, reflete no fundo da piscina e volta ao ar (ver figura).

Qual é o caminho ótico percorrido por este feixe entre os pontos 1 e 3, estando o

ponto 3 à mesma altura do ponto 1?

Considere agora que esse feixe tem seu campo elétrico representado pela expressão

onde os eixos cartesianos estão orientados como mostrado na figura. Observa-se que, para determinado ângulo de incidência, o feixe de luz após reflexão (feixe emergente em 2) está linearmente polarizado.

(b) Qual é o estado de polarização do feixe incidente? Justifique.

(c) Qual é a direção de polarização do feixe refletido? Justifique.

(d) Qual é o ângulo de incidência para o qual esse efeito ocorre?

Seja um campo elétrico propagando-se no vácuo tal que

(a) Mostre que este campo satisfaz à Lei de Gauss em sua forma diferencial.

(b) Aplique a Lei de Ampère em sua forma diferencial para encontrar a expressão

para o campo magnético.

(c) Mostre que obedece a equação de onda e com isso comprove que a velocidade

de propagação da luz é igual a .

(a) Em um experimento similar ao experimento de Young, uma das fendas é coberta com

uma fina placa de quartzo ( = 1,58) e a outra com uma fina camada de zircônio ( =

1,92), ambas de mesma espessura. Nessas condições, observa-se que, para incidência

de uma onda com λ = 650 nm, o ponto central da tela de observação passa a ser

ocupado pela terceira franja lateral clara (m=3) da figura de interferência original (sem

placas recobrindo as fendas). Justifique a razão para este deslocamento de franjas e

determine qual é a espessura das placas.

Em certa região do espaço, o campo magnético de um feixe luminoso é dado por

, em unidades do SI. Para esta onda, determine:

(a) A frequência angular.

(b) O vetor campo elétrico.

(c) A intensidade.

(d) O vetor de Poynting.

Na ausência de quaisquer outras forças, esse feixe luminoso incide diretamente sobre uma

esfera totalmente absorvente cujo raio, de 2,0 mm, coincide com raio do feixe. A esfera

tem densidade de 0,5×.

(e) Determine o módulo da aceleração adquirida pela esfera.

Dados: