Papel A4

LISTA DE EXERCÍCIOS
Goiânia, ____ de ___________ de 2014
Série: 2º ano
Turma: _____
Aluno(a):______________________________________________________________
Disciplina: Física  Professor: Jean Carlo  e-mail: [email protected]
Questão 01 - (FPS PE/2013)
Um feixe de luz vermelha é emitido por uma caneta laser (apontador laser) e
viaja no ar com uma velocidade de propagação da ordem de 300.000 Km/s (c =
3  10+8 m/s). O feixe de laser passa através de uma peça de acrílico cujo índice
de refração vale n = 1,46. A velocidade de propagação do feixe de laser dentro
da peça de acrílico será, aproximadamente, de:
a)
b)
c)
d)
e)
1,5  10+6 m/s
3,0  10+8 m/s
5,0  10+7 m/s
4,0  10+8 m/s
2,0  10+8 m/s
Questão 02 - (PUC RJ/2013)
Uma onda luminosa se propaga em um meio cujo índice de refração é 1,5.
Determine a velocidade de propagação desta onda luminosa no meio, em m/s.
Considere a velocidade da luz no vácuo igual a 3,0108 m/s
a)
b)
c)
d)
e)
0,5108
1,5108
2,0108
2,3108
3,0108
Analisando as trajetórias destes raios quando passam do meio para a esfera e da
esfera, de volta para o meio, é correto afirmar que
Questão 03 - (UNIRG TO/2013)
É muito comum, ao se trafegar nas rodovias em dias quentes ensolarados,
visualizar-se regiões espelhadas sobre a pista, tendo o aspecto de uma poça de
água. Esse é um efeito óptico que deve-se
a)
à cor negra do asfalto, fazendo com que ele se comporte como um corpo
negro, o qual passa a refletir somente o espectro eletromagnético visível.
b)
à curvatura da superfície asfáltica em algumas regiões da pista, fazendo
com que ela se comporte como um espelho côncavo.
c)
ao gradiente de temperatura nas proximidades do asfalto, o qual muda
gradativamente o índice de refração do ar até termos uma reflexão interna total.
d)
à propagação em uma trajetória curva da luz, causada pela composição e
cor do asfalto e por sua pequena curvatura, nessa região.
Questão 04 - (UFG GO/2013)
Um feixe de luz branca é empregado para transmitir sinais de telecomunicação.
Para isso, é instalada uma fibra óptica que possui índice de refração para o azul
de 1,528 e para o vermelho de 1,513. Considerando-se os raios de luz azul e
vermelho e que a distância entre duas cidades quaisquer é de 300 km,
determine:
Dado: c = 3  108 m/s
a)
b)
o raio de luz que chega primeiro. Justifique;
o atraso entre os raios ao percorrerem essa distância.
Questão 05 - (UFPA/2013)
a)
o índice de refração da esfera é igual ao índice de refração do meio.
b)
o índice de refração da esfera é maior do que o do meio e é diretamente
proporcional ao comprimento de onda () da luz.
c)
o índice de refração da esfera é maior do que o do meio e é inversamente
proporcional ao comprimento de onda () da luz.
d)
o índice de refração da esfera é menor do que o do meio e é diretamente
proporcional ao comprimento de onda () da luz.
e)
o índice de refração da esfera é menor do que o do meio e é inversamente
proporcional ao comprimento de onda () da luz.
TEXTO: 1 - Comum à questão: 6
Esta prova aborda fenômenos físicos em situações do cotidiano, em
experimentos científicos e em avanços tecnológicos da humanidade. Em
algumas questões, como as que tratam de Física Moderna, as fórmulas
necessárias para a resolução da questão foram fornecidas no enunciado. Quando
necessário use g = 10 m/s2 para a aceleração da gravidade na superfície da
Terra e  = 3.
Questão 06 - (UNICAMP SP/2010)
Há atualmente um grande interesse no desenvolvimento de materiais artificiais,
conhecidos como metamateriais, que têm propriedades físicas não
convencionais. Este é o caso de metamateriais que apresentam índice de
refração negativo, em contraste com materiais convencionais que têm índice de
refração positivo. Essa propriedade não usual pode ser aplicada na camuflagem
de objetos e no desenvolvimento de lentes especiais.
O arco-íris é um fenômeno óptico que acontece quando a luz branca do Sol
incide sobre gotas esféricas de água presentes na atmosfera. A figura abaixo
mostra as trajetórias de três raios de luz, um vermelho (com comprimento de
onda  = 700 nm), um verde ( = 546 nm) e um violeta ( = 436 nm), que estão
num plano que passa pelo centro de uma esfera (também mostrada na figura).
Antes de passar pela esfera, estes raios fazem parte de um raio de luz branca
incidente.
a)
Na figura é representado um raio de luz A que se propaga em um material
convencional (Meio 1) com índice de refração n1 = 1,8 e incide no Meio 2
formando um ângulo θ1 = 30º com a normal. Um dos raios B, C, D ou E
apresenta uma trajetória que não seria possível em um material convencional e
que ocorre quando o Meio 2 é um metamaterial com índice de refração
negativo. Identifique este raio e calcule o módulo do índice de refração do Meio
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2, n2, neste caso, utilizando a lei de Snell na forma: │n1│senθ1 = │n2│senθ2. Se
necessário use 2  1, 4 e 3  1,7 .
b)
O índice de refração de um meio material, n, é definido pela razão entre
as velocidades da luz no vácuo e no meio. A velocidade da luz em um material
é dada por v 
1

, em que ε é a permissividade elétrica e μ é a
permeabilidade magnética do material. Calcule o índice de refração de um
material que tenha   2, 0 10 11
C2
Nm
8
2
velocidade da luz no vácuo é c = 3,0 × 10 m/s.
e   1, 2510  6
Ns 2
C2
. A
Considere os dados da tabela.
Questão 07 - (FM Petrópolis RJ/2013)
Em nova situação, o raio luminoso, proveniente do ar, incide na interface
formando com ela, novamente, um ângulo de 45°. Nessa nova condição, o valor
do ângulo que o raio refratado forma com a interface é
a)
b)
c)
d)
e)
60°.
30°.
90°.
45°.
0°.
Questão 10 - (UNIMONTES MG/2013)
Um menino, sentado a uma mesa, posiciona um apontador laser na direção de
um teto de vidro, como mostra a figura. Ele observa que o feixe refletido atinge
outro objeto na mesma altura da superfície da mesa e a uma distância D = 10,2
m do ponto de onde o laser foi lançado. Do outro lado do vidro, no andar
superior, uma menina observa que o feixe do laser refratado faz um ângulo de 
= 30º com a normal à superfície do vidro.
Qual o valor de H, em metros?
Dados:
índice de refração do vidro vidro = 1,7
índice de refração do ar ar = 1,0
a)
b)
c)
d)
e)
0,3
1,7
3,0
6,0
8,7
Questão 08 - (FPS PE/2013)
Um feixe de luz propaga-se inicialmente em uma peça de vidro com índice de
refração nvidro desconhecido. O feixe incide numa interface entre a peça de vidro
e o ar, conforme a figura abaixo. O ângulo de incidência do feixe na interface
vale 1 = 30º em relação à normal com a interface. O ângulo de refração do
feixe vale 2 = 48,6º, conforme indica a figura. Considere que o índice de
refração do ar é próximo da unidade (nar  1.0). Considerando que sen(30º) =
0.5; sen(48,6º) = 0.75, determine o índice de refração aproximado do vidro.
Uma onda propaga-se com velocidade v = 20 cm/s em um meio 1. Após passar
para um meio 2, seu comprimento de onda diminui para  = 5 cm, e sua
velocidade cai para metade. O comprimento de onda no meio 1, em
centímetros, era:
a)
b)
c)
d)
20.
10.
15.
5.
Questão 11 - (Unifacs BA/2013)
Com a descoberta de reservas na região do petróleo, o Brasil está se
posicionando à frente da produção de óleo em alto-mar, mas tem condições
também de liderar o campo das energias renováveis do mar. Esse é o cenário
delineado na 31ª Conferência Internacional sobre Engenharia Oceânica e
Ártica, OMAE, realizada no Rio de Janeiro, no mês de julho desse ano.
As reservas potenciais de petróleo na camada do pré-sal estão estimadas em 60
bilhões de barris. Elas estão localizadas a 300,0km da costa e mais de 5,0km de
profundidade. O investimento em novas ferramentas tecnológicas facilita a
extração de óleo e gás, como perfuração a laser, nanotecnologia e bactérias
removedoras de óleo. A perfuração a laser utilizaria um ou mais emissores
desse feixe de energia acoplados a uma broca. Os raios laser esquentariam a
rocha que armazena o petróleo, tornando-a mais frágil e, assim, aumentaria a
taxa de penetração. O grande desafio para isso é levar o laser a grandes
profundidades, utilizando de cabos de fibra óptica, mas há uma série de
dificuldades técnicas para resolver antes do teste de campo.
Aposta-se também em várias utilidades dos nanotubos de carbono na cadeia
produtiva do petróleo.
Os cabos condutores de eletricidade feitos a partir de nanotubos teriam
condutividade 10 vezes maior que a do cobre e poderiam alimentar as máquinas
usadas em grandes profundidades.
Em alguns reservatórios, o óleo está aderido à rocha, o que dificulta a extração.
Por isso, pesquisadores vêm desenvolvendo linhagens de bactérias que
produzam um tipo de sabão que deslocaria o óleo da rocha literalmente
lavando-a e elevaria a taxa de recuperação de petróleo.
FURTADO, Fred. Duplo Líder. Ciência Hoje, São Paulo: SBPC, n. 295, ago.
2012.
Sobre o funcionamento de uma fibra óptica que seria utilizada na condução de
um raio laser, é correto afirmar:
a)
b)
c)
d)
e)
01. O módulo da velocidade de propagação do raio laser na fibra óptica
independe da frequência da luz do laser.
02. O valor do índice de refração do material que reveste um núcleo da fibra
óptica é maior do que o valor do índice de refração do núcleo dessa fibra.
03. O índice de refração do núcleo da fibra óptica varia de acordo com a
frequência do raio laser, que nele se propaga.
04. O ângulo limite entre a fibra e o revestimento é igual ao arcsen(v1.v2),
sendo v1 e v2, respectivamente, a velocidade de propagação do feixe de laser no
revestimento e a velocidade de propagação no núcleo da fibra.
05. O feixe de laser que incide com um ângulo menor que 45º é transmitido
1,0
0,5
1.5
2,5
1,3
Questão 09 - (UNISA SP/2013)
Dois meios transparentes, sendo um deles o ar e o outro mais refringente, estão
separados por uma interface plana. Sabese que o ângulo limite, a partir do qual
há reflexão total, é igual a 45°, conforme figura.
por reflexão total no núcleo da fibra de índice de refração igual a
fibra óptica estivesse imersa no ar de índice de refração igual a 1.
2 , caso a
Questão 12 - (PUCCAMP SP/2011)
Há uma série de fenômenos observáveis que ocorrem na atmosfera terrestre e
que são determinados pela refração da luz ao percorrêla. São exemplos, o arcoíris, a formação de halos ao redor da Lua, a posição aparente dos astros mais
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elevada que a real, o fenômeno das miragens no deserto, a aurora boreal. A
refração é o fenômeno da mudança na velocidade da propagação da luz ao
passar de um meio transparente para outro.
líquido de índice de refração n. O feixe incide sobre a gota e sofre reflexão
interna total. O valor de n é, aproximadamente,
Dado: sen60º  0,87
superfície que separa o vácuo do meio transparente e homogêneo M, como
representado na figura.
a)
b)
c)
d)
Dados:
Velocidade da luz no vácuo = 3,0 . 108 m/s
sen 30° = cos 6° =
2
2
3
sen 60° = cos 30° =
2
1,0 . 108
b)
c)
1,0 2 . 108
1,5 . 108
d)
1,0 .
3 . 108
e)
1,5 .
2 . 108
a)
b)
7/4 .
3/4 .
c)
d)
1/4 .
7 /4 .
Questão 16 - (UESPI/2009)
De acordo com a situação apresentada, a velocidade dá luz no meio M, em m/s,
vale
a)
Questão 15 - (UNIMONTES MG/2010)
Um feixe de luz monocromática, propagando-se na água (índice de refração
igual a 4/3), incide na interface da água com o ar (índice de refração igual a 1),
num ângulo limite L, sendo totalmente refletido. O valor do cosseno desse
ângulo L é igual a
1
2
sen 45° = cos 45° =
1,2.
1,3.
1,4.
1,5.
A figura a seguir ilustra a refração de um feixe de luz monocromática de um
meio A, com índice de refração igual a 1, para um meio B, cujo índice de
refração é igual a:
Questão 13 - (UEL PR/2010)
Sobre uma lâmina fina de vidro, acumulou-se uma pequena quantidade de água
após uma leve chuva, tal que se formou uma tripla camada de meios diferentes,
como apresentado na figura a seguir.
Dados:
sen(30º )  cos(60º )  1/ 2
cos(30º )  sen(60º ) 
a)
b)
c)
d)
e)
3
2
1/31/2
1/2
1
31/2
2
TEXTO: 2 - Comum à questão: 17
PARA SEUS CÁLCULOS, SEMPRE QUE NECESSÁRIO, UTILIZE AS
SEGUINTES CONSTANTES FÍSICAS:
Sabendo que o índice de refração do ar, da água e do vidro são,
respectivamente, 1,00, 1,33 e 1,52, assinale a alternativa que apresenta a
trajetória correta de um raio de luz que sofre refração ao atravessar os três
meios.
a)
b)
c)
d)
e)
trajetória I.
trajetória II.
trajetória III.
trajetórias I e II.
trajetórias II e III.
Questão 17 - (UERJ/2008)
Uma caixa d´água cilíndrica, com altura h = 36 cm e diâmetro D = 86 cm, está
completamente cheia de água. Uma tampa circular, opaca e plana, com abertura
central de diâmetro d, é colocada sobre a caixa.
No esquema a seguir, R representa o raio da tampa e r o raio de sua abertura.
Questão 14 - (UNIMONTES MG/2010)
Um feixe de luz incide perpendicularmente na face menor de um prisma de
índice de refração 1,5. Sobre a hipotenusa do prisma, há uma gota de um
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Um raio luminoso que se propaga no ar (nar = 1) incide obliquamente sobre um
meio transparente de índice de refração n, fazendo um ângulo de 60º com a
normal. Nessa situação, verifica-se que o raio refletido é perpendicular ao raio
refratado, como ilustra a figura.
Determine o menor valor assumido por d para que qualquer raio de luz
incidente na abertura ilumine diretamente o fundo da caixa, sem refletir nas
paredes verticais internas.
Questão 18 - (UCB DF/2012)
A respeito da refração da luz, julgue os itens a seguir, assinalando (V) para os
verdadeiros e (F) para os falsos.
00. O arco-íris é uma decorrência do fenômeno da refração.
01. Quando um raio de luz passa do ar para a água, o ângulo-limite forma-se
na água.
02. Não pode ocorrer refração sem reflexão simultânea.
03. É impossível impedir que a luz proveniente de uma fonte luminosa na
água propague-se no ar.
04. Considerando que o índice de refração do vidro é da ordem de 1,5 e o da
água de, aproximadamente, 1,3, conclui-se que a velocidade da luz no vidro é
maior que na água.
Calcule o índice de refração n do meio.
Questão 22 - (UNIFENAS MG/2000)
Uma pessoa encontra-se deitada num trampolim, situado a três metros de altura,
olhando para a piscina cheia, cuja profundidade é de 2,5m. Nestas
circunstâncias, a profundidade aparente da piscina será
a)
exatamente 2,5m.
b)
um valor compreendido entre 2,5 e 3m.
c)
um valor maior que 3m.
d)
um valor menor que 2,5m.
e)
exatamente 3m.
Questão 19 - (UFPA/2011)
GABARITO:
Os índios amazônicos comumente pescam com arco e flecha. Já na Ásia e na
Austrália, o peixe arqueiro captura insetos, os quais ele derruba sobre a água,
acertando-os com jatos disparados de sua boca. Em ambos os casos a presa e o
caçador encontram-se em meios diferentes. As figuras abaixo mostram qual é a
posição da imagem da presa, conforme vista pelo caçador, em cada situação.
1) Gab: E
2) Gab: C
3) Gab: C
4) Gab:
a)
Como o índice de refração de uma determinada cor é dado por
n
c c  t
n  S
, e sendo S e c os mesmos para ambas as

 t 
v
S
c
cores, o raio que chega mais rápido é o que possui o menor índice de refração,
ou seja, o vermelho.
b)
T = 1,5  10–5 s
5) Gab: C
Identifique, em cada caso, em qual dos pontos mostrados, o caçador deve fazer
pontaria para maximizar suas chances de acertar a presa.
a)
b)
c)
d)
e)
Homem em A; peixe arqueiro em 1
Homem em A; peixe arqueiro em 3
Homem em B; peixe arqueiro em 2
Homem em C; peixe arqueiro em 1
Homem em C; peixe arqueiro em 3
Questão 20 - (ITA SP/2005)
Um pescador deixa cair uma lanterna acesa em um lago a 10,0 m de
profundidade. No fundo do lago, a lanterna emite um feixe luminoso formando
um pequeno ângulo  com a vertical (veja figura).
6) Gab:
a)
O raio E representa a trajetória do raio de liz quando o meio 2 é um
metamaterial.
|n2| =  1,28
b)
n = 1,5
7) Gab: E
8) Gab: C
9) Gab: A
10) Gab: B
11) Gab: 03
17) Gab:
d  2r  d  6cm
18) Gab: VVVFF
19) Gab: E
20) Gab: C
12) Gab: E
21) Gab: n 
3
13) Gab: A
22) Gab: D
Considere: tg  sen   e o índice de refração da água n = 1,33. Então, a
profundidade aparente h vista pelo pescador é igual a:
a)
2,5 m
b)
5,0 m
c)
7,5 m
d)
8,0 m
e)
9,0 m
14) Gab: B
15) Gab: C
16) Gab: D
Questão 21 - (UFRJ/2004)
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