Questõesde ENEM sobre Ótica
Herschel, em 1880, começou a escrever sobre a condensação da luz solar no foco de uma lente e queria verificar
de que maneira os raios coloridos contribuem para o aquecimento. Para isso, ele projetou sobre um anteparo o espectro
solar obtido com um prisma, colocou termômetros nas diversas faixas de cores e verificou nos dados obtidos que um
dos termômetros iluminados indicou um aumento de temperatura maior para uma determinada faixa de frequências.
SAYURI. M.; GASPAR, M. B. Infravermelho na sala de aula. Disponível em: www.cienciamao.usp.br. Acesso em: 15 ago. 2016 (adaptado).
Para verificar a hipótese de Herschel, um estudante montou o dispositivo apresentado na figura. Nesse aparato,
cinco recipientes contendo água, à mesma temperatura inicial, e separados por um material isolante térmico e refletor são
posicionados lado a lado (A, B, C, D e E) no interior de uma caixa de material isolante térmico e opaco. A luz solar, ao entrar
na caixa, atravessa o prisma e incide sobre os recipientes. O estudante aguarda até que ocorra o aumento da temperatura
e a afere em cada recipiente.
Em qual dos recipientes a água terá maior temperatura ao final do experimento?
Uma das formas de se obter energia elétrica é usar
uma lente convergente circular para concentrar os raios
de sol em um único ponto, aquecendo um dispositivo
localizado nesse ponto a uma temperatura elevada. Com
a transformação da energia luminosa em energia térmica,
pode ser criado vapor-d’água que moverá uma turbina e
gerará energia elétrica. Para projetar um sistema de
geração de energia elétrica, a fim de alimentar um
chuveiro elétrico de 2 000 W de potência, sabe-se que,
neste local, a energia recebida do Sol é 1 000 W/m2 .
Esse sistema apresenta taxa de eficiência de
conversão em energia elétrica de 50% da energia
solar incidente. Considere √π = 1,8.
Qual deve ser, em metro, o raio da lente para que esse
sistema satisfaça aos requisitos do projeto?
0,28
A figura mostra, de forma esquemática, uma
representação comum em diversos livros e textos sobre
eclipses. Apenas analisando essa figura, um estudante
pode concluir que os eclipses podem ocorrer duas
vezes a cada volta completa da Lua em torno da Terra.
Apesar de a figura levar a essa percepção, algumas
informações adicionais são necessárias para se concluir
que nem o eclipse solar, nem o lunar ocorrem com tal
periodicidade.
A periodicidade dos eclipses ser diferente da possível
percepção do estudante ocorre em razão de
A maioria das pessoas fica com a visão embaçada
ao abrir os olhos debaixo dʼágua. Mas há uma exceção:
o povo moken, que habita a costa da Tailândia.
Essa característica se deve principalmente à
adaptabilidade do olho e à plasticidade do cérebro, o
que significa que você também, com algum treinamento,
poderia enxergar relativamente bem debaixo dʼágua.
Estudos mostraram que as pupilas de olhos de
indivíduos moken sofrem redução significativa debaixo
dʼágua, o que faz com que os raios luminosos incidam
quase paralelamente ao eixo óptico da pupila.
GISLÉN, A. et al. Visual Training Improves Underwater Vision in Children.
Vision Research, n. 46, 2006 (adaptado).
A acuidade visual associada à redução das pupilas é
fisicamente explicada pela diminuição
A maioria das pessoas fica com a visão embaçada ao abrir os olhos debaixo dʼágua. Mas há uma exceção: o povo moken, que habita a costa da Tailândia. Essa característica se deve principalmente à adaptabilidade do olho e à plasticidade do cérebro, o que significa que você também, com algum treinamento, poderia enxergar relativamente bem debaixo dʼágua. Estudos mostraram que as pupilas de olhos de indivíduos moken sofrem redução significativa debaixo dʼágua, o que faz com que os raios luminosos incidam quase paralelamente ao eixo óptico da pupila.
GISLÉN, A. et al. Visual Training Improves Underwater Vision in Children. Vision Research, n. 46, 2006 (adaptado).
A acuidade visual associada à redução das pupilas é fisicamente explicada pela diminuição
Quando se considera a extrema velocidade com
que a luz se espalha por todos os lados e que, quando
vêm de diferentes lugares, mesmo totalmente opostos,
[os raios luminosos] se atravessam uns aos outros sem
se atrapalharem, compreende-se que, quando vemos
um objeto luminoso, isso não poderia ocorrer pelo
transporte de uma matéria que venha do objeto até nós,
como uma flecha ou bala atravessa o ar; pois certamente
isso repugna bastante a essas duas propriedades da
luz, principalmente a última.
HUYGENS, C. In: MARTINS, R. A. Tratado sobre a luz, de Cristian Huygens.
Caderno de História e Filosofia da Ciência, supl. 4, 1986.
O texto contesta que concepção acerca do
comportamento da luz?
Quando se considera a extrema velocidade com que a luz se espalha por todos os lados e que, quando vêm de diferentes lugares, mesmo totalmente opostos, [os raios luminosos] se atravessam uns aos outros sem se atrapalharem, compreende-se que, quando vemos um objeto luminoso, isso não poderia ocorrer pelo transporte de uma matéria que venha do objeto até nós, como uma flecha ou bala atravessa o ar; pois certamente isso repugna bastante a essas duas propriedades da luz, principalmente a última.
HUYGENS, C. In: MARTINS, R. A. Tratado sobre a luz, de Cristian Huygens. Caderno de História e Filosofia da Ciência, supl. 4, 1986.
O texto contesta que concepção acerca do comportamento da luz?
Os olhos humanos normalmente têm três tipos de
cones responsáveis pela percepção das cores: um tipo
para tons vermelhos, um para tons azuis e outro para tons
verdes. As diversas cores que enxergamos são o resultado
da percepção das cores básicas, como indica a figura.
A protanopia é um tipo de daltonismo em que há
diminuição ou ausência de receptores da cor vermelha.
Considere um teste com dois voluntários: uma pessoa
com visão normal e outra com caso severo de protanopia.
Nesse teste, eles devem escrever a cor dos cartões que
lhes são mostrados. São utilizadas as cores indicadas
na figura.
Para qual cartão os dois voluntários identificarão a
mesma cor?
Os olhos humanos normalmente têm três tipos de cones responsáveis pela percepção das cores: um tipo para tons vermelhos, um para tons azuis e outro para tons verdes. As diversas cores que enxergamos são o resultado da percepção das cores básicas, como indica a figura.
A protanopia é um tipo de daltonismo em que há diminuição ou ausência de receptores da cor vermelha. Considere um teste com dois voluntários: uma pessoa com visão normal e outra com caso severo de protanopia. Nesse teste, eles devem escrever a cor dos cartões que lhes são mostrados. São utilizadas as cores indicadas na figura.
Para qual cartão os dois voluntários identificarão a
mesma cor?
A figura representa um prisma óptico, constituído de um material transparente, cujo índice de refração é crescente com
a frequência da luz que sobre ele incide. Um feixe luminoso, composto por luzes vermelha, azul e verde, incide na face A,
emerge na face B e, após ser refletido por um espelho, incide num filme para fotografia colorida, revelando três pontos.
Observando os pontos luminosos revelados no filme, de baixo para cima, constatam-se as seguintes cores:
A figura representa um prisma óptico, constituído de um material transparente, cujo índice de refração é crescente com a frequência da luz que sobre ele incide. Um feixe luminoso, composto por luzes vermelha, azul e verde, incide na face A, emerge na face B e, após ser refletido por um espelho, incide num filme para fotografia colorida, revelando três pontos.
Observando os pontos luminosos revelados no filme, de baixo para cima, constatam-se as seguintes cores:
O efeito Tyndall é um efeito óptico de turbidez provocado
pelas partículas de uma dispersão coloidal. Foi
observado pela primeira vez por Michael Faraday em
1857 e, posteriormente, investigado pelo físico inglês
John Tyndall. Este efeito é o que torna possível, por
exemplo, observar as partículas de poeira suspensas no
ar por meio de uma réstia de luz, observar gotículas de
água que formam a neblina por meio do farol do carro
ou, ainda, observar o feixe luminoso de uma lanterna por
meio de um recipiente contendo gelatina.
REIS, M. Completamente Química: Físico-Química. São Paulo: FTD, 2001 (adaptado).
Ao passar por um meio contendo partículas dispersas,
um feixe de luz sofre o efeito Tyndall devido
Folhas de papel, como as utilizadas para a
impressão de documentos, são opacas e permeáveis
aos líquidos. Esse material é constituído de microfibras
entrelaçadas de celulose, que são transparentes à
luz. Quando sobre elas se derrama glicerina, elas se
tornam translúcidas. Uma imagem da superfície de uma
folha de papel, ampliada por um microscópio eletrônico
de varredura, pode ser vista na figura. No quadro é
apresentada a razão (n) entre a velocidade da luz no
vácuo e no respectivo material (celulose, glicerina ou ar).
Nessa situação, o papel se tornou translúcido porque a
luz é
As miragens existem e podem induzirá percepção de
que há água onde não existe. Elas são a manifestação de
um fenômeno óptico que ocorre na atmosfera.
Disponível em: www.invivo.fiocruz.br. Acesso em: 29 fev. 2012.
Esse fenômeno óptico é consequência da
As miragens existem e podem induzirá percepção de que há água onde não existe. Elas são a manifestação de um fenômeno óptico que ocorre na atmosfera.
Disponível em: www.invivo.fiocruz.br. Acesso em: 29 fev. 2012.
Esse fenômeno óptico é consequência da
Devido à sua resistência mecânica, baixa
condutividade térmica e transparência à luz, o vidro tem
sido cada vez mais utilizado na construção civil, aplicado
em portas, janelas e telhados. Sua transparência é
importante porque resulta em uma grande economia da
energia elétrica usada na iluminação interna do ambiente.
Microscopicamente, a transparência ocorre devido à
forma com que a luz incidente interage com os elétrons
dos átomos que compõem o material vítreo.
A transparência pode ser explicada, considerando-se que
a luz
Devido à sua resistência mecânica, baixa condutividade térmica e transparência à luz, o vidro tem sido cada vez mais utilizado na construção civil, aplicado em portas, janelas e telhados. Sua transparência é importante porque resulta em uma grande economia da energia elétrica usada na iluminação interna do ambiente. Microscopicamente, a transparência ocorre devido à forma com que a luz incidente interage com os elétrons dos átomos que compõem o material vítreo.
A transparência pode ser explicada, considerando-se que a luz
A banda larga brasileira é lenta. No Japão já existem
redes de fibras ópticas, que permitem acessos à internet
com velocidade de 1 gigabit por segundo (Gbps), o
suficiente para baixar em um minuto, por exemplo,
80 filmes. No Brasil a maioria das conexões ainda é de
1 megabit por segundo (Mbps), ou seja, menos de um
milésimo dos acessos mais rápidos do Japão. A fibra
óptica é composta basicamente de um material dielétrico
(sílica ou plástico), segundo uma estrutura cilíndrica,
transparente e flexível. Ela é formada de uma região
central envolta por uma camada, também de material
dielétrico, com índice de refração diferente ao do núcleo.
A transmissão em uma fibra óptica acontecerá de forma
correta se o índice de refração do núcleo, em relação ao
revestimento, for
A banda larga brasileira é lenta. No Japão já existem redes de fibras ópticas, que permitem acessos à internet com velocidade de 1 gigabit por segundo (Gbps), o suficiente para baixar em um minuto, por exemplo, 80 filmes. No Brasil a maioria das conexões ainda é de 1 megabit por segundo (Mbps), ou seja, menos de um milésimo dos acessos mais rápidos do Japão. A fibra óptica é composta basicamente de um material dielétrico (sílica ou plástico), segundo uma estrutura cilíndrica, transparente e flexível. Ela é formada de uma região central envolta por uma camada, também de material dielétrico, com índice de refração diferente ao do núcleo.
A transmissão em uma fibra óptica acontecerá de forma correta se o índice de refração do núcleo, em relação ao revestimento, for
Em um experimento, coloca-se glicerina dentro
de um tubo de vidro liso. Em seguida, parte do tubo é
colocada em um copo de vidro que contém glicerina e a
parte do tubo imersa fica invisível.
Esse fenômeno ocorre porque a
Em um experimento, coloca-se glicerina dentro de um tubo de vidro liso. Em seguida, parte do tubo é colocada em um copo de vidro que contém glicerina e a parte do tubo imersa fica invisível.
Esse fenômeno ocorre porque a
A terapia fotodinâmica é um tratamento que utiliza luz
para cura de câncer através da excitação de moléculas
medicamentosas, que promovem a desestruturação
das células tumorais. Para a eficácia do tratamento, é
necessária a iluminação na região do tecido a ser tratado.
Em geral, as moléculas medicamentosas absorvem
as frequências mais altas. Por isso, as intervenções
cutâneas são limitadas pela penetração da luz visível,
conforme a figura:
A profundidade de até 2 mm em que o tratamento cutâneo
é eficiente se justifica porque a luz de
A terapia fotodinâmica é um tratamento que utiliza luz para cura de câncer através da excitação de moléculas medicamentosas, que promovem a desestruturação das células tumorais. Para a eficácia do tratamento, é necessária a iluminação na região do tecido a ser tratado. Em geral, as moléculas medicamentosas absorvem as frequências mais altas. Por isso, as intervenções cutâneas são limitadas pela penetração da luz visível, conforme a figura:
A profundidade de até 2 mm em que o tratamento cutâneo
é eficiente se justifica porque a luz de
A figura mostra uma superfície refletora de formato
parabólico, que tem sido utilizada como um fogão solar.
Esse dispositivo é montado de tal forma que a superfície
fique posicionada sempre voltada para o Sol. Neste, a
panela deve ser colocada em um ponto determinado
para maior eficiência do fogão.
Considerando que a panela esteja posicionada no ponto
citado, a maior eficiência ocorre porque os raios solares
A figura mostra uma superfície refletora de formato parabólico, que tem sido utilizada como um fogão solar. Esse dispositivo é montado de tal forma que a superfície fique posicionada sempre voltada para o Sol. Neste, a panela deve ser colocada em um ponto determinado para maior eficiência do fogão.
Considerando que a panela esteja posicionada no ponto
citado, a maior eficiência ocorre porque os raios solares
A figura seguinte representa, esquematicamente,
um telescópio refletor:
A luz emitida por um astro penetra no telescópio
pelo orifício na posição A, reflete no espelho parabólico
localizado na posição B, é novamente refletida pelo
espelho C em direção às lentes localizadas na ocular do
telescópio (local onde o observador aproxima o olho) na
posição D. Essa lente forma uma imagem real e maior
do objeto observado, um pouco à frente de D. Por isso, o
observador não deve encostar seus olhos na lente para
enxergar essa imagem.
Considerando uma situação em que apenas uma lente é
colocada na posição D, qual o tipo de espelho utilizado
e qual o tipo de lente utilizada nas posições B e D
respectivamente?
A figura seguinte representa, esquematicamente, um telescópio refletor:
A luz emitida por um astro penetra no telescópio pelo orifício na posição A, reflete no espelho parabólico localizado na posição B, é novamente refletida pelo espelho C em direção às lentes localizadas na ocular do telescópio (local onde o observador aproxima o olho) na posição D. Essa lente forma uma imagem real e maior do objeto observado, um pouco à frente de D. Por isso, o observador não deve encostar seus olhos na lente para enxergar essa imagem.
Considerando uma situação em que apenas uma lente é
colocada na posição D, qual o tipo de espelho utilizado
e qual o tipo de lente utilizada nas posições B e D
respectivamente?
Indivíduos míopes têm dificuldade de enxergar objetos
distantes. Para correção desse problema com lentes,
o oftalmologista deve medir a distância máxima que o
indivíduo pode enxergar nitidamente, que corresponde à
distância focal da lente. A vergência (V) de uma lente é
numericamente igual ao inverso da distância focal (f), dada
em metros (V = 1/f). A vergência é medida em dioptria (di),
comumente denominada de graus de uma lente.
Se a distância máxima a que o indivíduo míope enxerga
nitidamente for 50 cm, para corrigir o problema, o
oftalmologista receitará lentes de vergência
Indivíduos míopes têm dificuldade de enxergar objetos distantes. Para correção desse problema com lentes, o oftalmologista deve medir a distância máxima que o indivíduo pode enxergar nitidamente, que corresponde à distância focal da lente. A vergência (V) de uma lente é numericamente igual ao inverso da distância focal (f), dada em metros (V = 1/f). A vergência é medida em dioptria (di), comumente denominada de graus de uma lente.
Se a distância máxima a que o indivíduo míope enxerga nitidamente for 50 cm, para corrigir o problema, o oftalmologista receitará lentes de vergência
A fotografia feita sob luz polarizada é usada por dermatologistas para diagnósticos. Isso permite ver
detalhes da superfície da pele que não são visíveis com o
reflexo da luz branca comum. Para se obter luz polarizada, pode-se utilizar a luz transmitida por um polaroide ou a
luz refletida por uma superfície na condição de Brewster, como mostra a figura. Nessa situação, o feixe da luz refratada forma um ângulo de 90° com o feixe da luz refletida, fenômeno conhecido como Lei de Brewster. Nesse caso, o ângulo de incidência θp , também chamado
de ângulo de polarização, e o ângulo de refração θr estão
em conformidade com a Lei de Snell.
Considere um feixe de luz não polarizada proveniente
de um meio com índice de refração igual a 1, que incide
sobre uma lâmina e faz um ângulo de refração θr
de 30°.
Nessa situação, qual deve ser o índice de refração da
lâmina para que o feixe refletido seja polarizado?
A fotografia feita sob luz polarizada é usada por dermatologistas para diagnósticos. Isso permite ver detalhes da superfície da pele que não são visíveis com o reflexo da luz branca comum. Para se obter luz polarizada, pode-se utilizar a luz transmitida por um polaroide ou a luz refletida por uma superfície na condição de Brewster, como mostra a figura. Nessa situação, o feixe da luz refratada forma um ângulo de 90° com o feixe da luz refletida, fenômeno conhecido como Lei de Brewster. Nesse caso, o ângulo de incidência θp , também chamado de ângulo de polarização, e o ângulo de refração θr estão em conformidade com a Lei de Snell.
Considere um feixe de luz não polarizada proveniente de um meio com índice de refração igual a 1, que incide sobre uma lâmina e faz um ângulo de refração θr de 30°.
Nessa situação, qual deve ser o índice de refração da
lâmina para que o feixe refletido seja polarizado?
O avanço tecnológico da medicina propicia o
desenvolvimento de tratamento para diversas doenças,
como as relacionadas à visão. As correções que utilizam
laser para o tratamento da miopia são consideradas
seguras até 12 dioptrias, dependendo da espessura e
curvatura da córnea. Para valores de dioptria superiores a
esse, o implante de lentes intraoculares é mais indicado.
Essas lentes, conhecidas como lentes fácicas (LF), são
implantadas junto à córnea, antecedendo o cristalino (C),
sem que esse precise ser removido, formando a imagem
correta sobre a retina (R).
O comportamento de um feixe de luz incidindo no olho
que possui um implante de lentes fácicas para correção
do problema de visão apresentado é esquematizado por
O avanço tecnológico da medicina propicia o desenvolvimento de tratamento para diversas doenças, como as relacionadas à visão. As correções que utilizam laser para o tratamento da miopia são consideradas seguras até 12 dioptrias, dependendo da espessura e curvatura da córnea. Para valores de dioptria superiores a esse, o implante de lentes intraoculares é mais indicado. Essas lentes, conhecidas como lentes fácicas (LF), são implantadas junto à córnea, antecedendo o cristalino (C), sem que esse precise ser removido, formando a imagem correta sobre a retina (R).
O comportamento de um feixe de luz incidindo no olho que possui um implante de lentes fácicas para correção do problema de visão apresentado é esquematizado por