Ciências da NaturezaÓptica (Reflexão, Refração, Lentes e Olho Humano)Fácil

Questão de Óptica (Reflexão, Refração, Lentes e Olho Humano) — ENEM

Durante um projeto escolar sobre fenômenos naturais e meio ambiente, estudantes investigam por que o arco-íris surge no céu depois de uma chuva, quando a luz do Sol atravessa as gotículas de água que ainda ficam suspensas no ar. O professor explica que a luz branca do Sol é, na verdade, uma mistura de várias cores, cada uma viajando com comprimento de onda diferente, e que, ao entrar em uma gotícula esférica, cada cor se desvia em um ângulo levemente distinto ao ser refratada e internamente refletida dentro da gota. Assim, ao sair da gotícula, as cores se separam no espaço e o observador enxerga uma faixa colorida que vai do vermelho ao violeta. Esse fenômeno, que transforma a luz solar em um espectro visível no céu, é estudado em física óptica e tem relação direta com as propriedades das ondas eletromagnéticas e com a dependência do índice de refração em relação ao comprimento de onda da luz. Qual fenômeno óptico explica a separação das cores da luz branca solar nas gotículas de água que formam o arco-íris?
AReflexão difusa, que espalha igualmente todas as cores.
BDifração, que faz a luz contornar as bordas das gotículas.
CPolarização, que filtra determinadas direções de vibração.
DDispersão da luz, causada pela refração diferenciada de cada cor.
EAbsorção seletiva, em que cada cor é retida em camadas distintas.

Gabarito comentado

A dispersão da luz ocorre porque o índice de refração depende do comprimento de onda, fazendo cada cor se desviar por um ângulo diferente ao ser refratada. Nas gotículas de água após a chuva, esse efeito separa as cores da luz solar, produzindo o espectro colorido do arco-íris, um dos exemplos mais belos e cotidianos da óptica física.

Resolução passo a passo

O arco-íris resulta da dispersão da luz branca, que ocorre porque o índice de refração de um meio transparente varia com o comprimento de onda da luz: comprimentos de onda menores, como o violeta, sofrem maior desvio do que comprimentos de onda maiores, como o vermelho. Quando a luz solar entra em uma gotícula esférica, cada cor é refratada em um ângulo distinto na entrada, sofre reflexão interna e é novamente refratada na saída, saindo separada das demais. O conjunto de gotículas em diferentes posições projeta cores distintas para os olhos do observador, formando a faixa colorida. A reflexão difusa apenas espalha luz em todas as direções sem separar cores. A difração ocorre em bordas e fendas estreitas, não em gotículas esféricas repletas de água. A polarização filtra direções de vibração, sem separar cores. A absorção seletiva reduziria a intensidade de certas cores, mas não produziria a sequência visível do espectro que caracteriza o arco-íris.

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