Por que um feixe de laser parece "quebrar" ao entrar em um bloco transparente? Em uma bancada de demonstracao…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Por que um feixe de laser parece "quebrar" ao entrar em um bloco transparente? Em uma bancada de demonstracao de um centro de ciencias, um tecnico mediu a refracao de um laser ao passar do ar para um bloco de acrilico. Para reduzir erros, ele marcou a linha normal a face do bloco e mediu os angulos em relacao a essa normal. Em uma das medidas, o angulo de incidencia foi 40 graus e o angulo de refracao, 25 graus. Para produzir uma placa explicativa ao publico, o tecnico adotou o modelo n_ar*sen(teta_i) = n_acr*sen(teta_r), com n_ar = 1,0, e usou as aproximacoes sen(40 graus) = 0,64 e sen(25 graus) = 0,42. Considerou, ainda, que o valor de c no ar pode ser aproximado por 3,0 x 10^8 m/s. Interprete as medidas e o modelo do texto e identifique a frase mais adequada para a placa, comunicando o indice de refracao do acrilico e a consequencia desse valor para a propagacao da luz.
- A) Afirmar que n_acr e cerca de 1,9 e que, no acrilico, a luz se propaga mais devagar que no ar.
- B) Afirmar que n_acr e cerca de 1,5 e que, no acrilico, a luz se propaga mais rapido que no ar.
- C) Afirmar que n_acr e cerca de 1,0 e que, no acrilico, a luz se propaga igual ao ar e nao muda de direcao.
- D) Afirmar que n_acr e cerca de 0,66 e que, no acrilico, a luz se propaga mais devagar que no ar.
- E) Afirmar que n_acr e cerca de 1,5 e que, no acrilico, a luz se propaga mais devagar que no ar.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Aplique o modelo n_ar*sen(teta_i) = n_acr*sen(teta_r), com n_ar = 1,0, teta_i = 40 graus e teta_r = 25 graus. Passo 2: Isole o índice do acrílico: n_acr = sen(40 graus)/sen(25 graus) = 0,64/0,42, que dá aproximadamente 1,52, ou seja, cerca de 1,5. Passo 3: Interprete o índice: como n_acr é maior que 1, a velocidade da luz no acrílico é v = c/n = 3,0 x 10^8 / 1,5, aproximadamente 2,0 x 10^8 m/s, menor que a velocidade no ar. Por isso o feixe se aproxima da normal ao entrar no bloco (o ângulo de refração, 25 graus, é menor que o de incidência, 40 graus). Passo 4: Por que as outras estão erradas: A tem índice de cerca de 1,9, valor que não resulta da razão 0,64/0,42; B tem o índice correto, mas afirma que a luz é mais rápida no acrílico, o que contraria n maior que 1; C assume índice 1,0, o que ignoraria a refração observada nas medidas; D inverte a razão dos senos, obtendo 0,66, e um índice menor que 1 não é compatível com um meio transparente mais denso que o ar. Passo 5: Conclusão: a frase correta comunica n_acr de cerca de 1,5 e que a luz se propaga mais devagar no acrílico que no ar, como a alternativa E afirma. O gabarito oficial está correto.
💡 Dica: Use a fórmula da refração para calcular o índice e interprete o significado físico.
Alternativa por alternativa
O aluno calculou o índice de forma errada, obtendo cerca de 1,9 em vez de 1,5, possivelmente por erro na divisão ou na leitura dos valores dos senos. A ideia de que a luz fica mais lenta no acrílico estaria correta, mas o número da placa estaria errado.
O aluno acertou o cálculo do índice, mas assumiu que índice maior significa maior velocidade, ou seja, inverteu a relação entre n e v (v = c/n). A frase ficaria incorreta por afirmar que a luz é mais rápida no acrílico.
Por que engana: Confundir o índice de refração com velocidade maior no meio mais denso ou erro no cálculo do índice.
O aluno acredita que, por o acrílico ser transparente, a luz não muda de velocidade nem de direção, como se o meio não influenciasse o feixe. Ignora que a mudança de direção nas medidas indica refração.
O aluno inverteu a razão dos senos, calculando 0,42/0,64, que dá cerca de 0,66. Um índice menor que 1 indicaria meio menos denso que o ar, o que contraria o fato de a luz desviar em direção à normal.
Do modelo: n_acr = sen40/sen25 = 0,64/0,42 ~ 1,5. Como n>1, v=c/n diminui no acrilico.
Raio-X da questão
índice de refração e propagação da luz
avaliacao
lei da refração de Snell · seno de ângulos
estude a lei da refração e velocidade da luz em meios diferentes
Confundir o índice de refração com velocidade maior no meio mais denso ou erro no cálculo do índice.
pensamento_critico
cientifico
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