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

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

Em uma pesquisa de oceanografia óptica desenvolvida por uma universidade, técnicos estudam como os raios luminosos se comportam ao cruzar a fronteira entre a água do mar e o ar acima dela, dado que esse fenômeno influencia o mapeamento de recifes de coral por drones e satélites. O índice de refração da água do mar nesse experimento é 1,33 e o do ar é 1,00. Um feixe de luz viaja dentro da água e atinge a superfície com um ângulo de incidência de 30° em relação à normal da superfície. Pela lei de Snell-Descartes, a relação entre os índices de refração e os senos dos ângulos de incidência e refração é dada por n₁ × sen(θ₁) = n₂ × sen(θ₂), em que n₁ e θ₁ são o índice e o ângulo do meio de origem, e n₂ e θ₂ são os correspondentes do meio de destino. Considerando os dados fornecidos e que o seno de 30° vale 0,50, qual é o seno do ângulo de refração do raio ao sair da água para o ar?
A0,50
B0,38
C0,75
D0,665
E1,00

Gabarito comentado

A lei de Snell-Descartes, n₁ sen θ₁ = n₂ sen θ₂, descreve o desvio da luz ao mudar de meio. Quando a luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente, o ângulo de refração é maior que o de incidência, afastando o raio da normal, princípio usado em oceanografia óptica e no projeto de instrumentos de imageamento subaquático.

Resolução passo a passo

Pela lei de Snell-Descartes, n₁ × sen(θ₁) = n₂ × sen(θ₂). Com n₁ = 1,33 (água), θ₁ = 30° e n₂ = 1,00 (ar), isola-se sen(θ₂) = n₁ × sen(θ₁) / n₂ = 1,33 × 0,50 / 1,00 = 0,665. Logo, o seno do ângulo de refração vale 0,665, confirmando que o raio se afasta da normal ao entrar no meio menos refringente, o ar. O valor 0,50 repetiria o seno do ângulo de incidência, ignorando a diferença de índices. O valor 0,38 resultaria de dividir 0,50 por 1,33, o que inverte os papéis de n₁ e n₂, como se a luz fosse do ar para a água. O valor 0,75 não corresponde a nenhuma operação coerente com os dados fornecidos. Já 1,00 implicaria ângulo de refração de 90°, o que caracteriza o ângulo limite, caso em que toda a luz seria refletida internamente, situação que não ocorre com θ₁ = 30°, inferior ao ângulo limite desse par de meios.

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