Questões Sobre Introdução à Óptica - Física - 3º ano do ensino médio

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1) Leia o seguinte texto:

Era o que ele estudava. “A estrutura, quer dizer, a estrutura” – ele repetia e abria as mãos branquíssimas ao esboçar o gesto redondo. Eu ficava olhando seu gesto impreciso porque uma bolha de sabão é mesmo imprecisa, nem sólida nem líquida, nem realidade nem sonho. Película e oco. “A estrutura da bolha de sabão, compreende?” Não compreendia. Não tinha importância. Importante era o quintal da minha meninice com seus verdes canudos de mamoeiro, quando cortava os mais tenros que sopravam as bolas maiores, mais perfeitas.

Lygia Fagundes Telles, A estrutura da bolha de sabão, 1973.

A “estrutura” da bolha de sabão é consequência das propriedades físicas e químicas dos seus componentes. As cores observadas nas bolhas resultam da interferência que ocorre entre os raios luminosos refletidos em suas superfícies interna e externa.

Considere as afirmações abaixo sobre o início do conto de Lygia Fagundes Telles e sobre a bolha de sabão:

I. O excerto recorre, logo em suas primeiras linhas, a um procedimento de coesão textual em que pronomes pessoais são utilizados antes da apresentação de seus referentes, gerando expectativa na leitura.

II. Os principais fatores que permitem a existência da bolha são a força de tensão superficial do líquido e a presença do sabão, que reage com as impurezas da água, formando a sua película visível.

III. A ótica geométrica pode explicar o aparecimento de cores na bolha de sabão, já que esse fenômeno não é consequência da natureza ondulatória da luz.

Está correto apenas o que se afirma em

A) I.
B) I e II.
C) I e III.
D) II e III.
E) III.

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A alternativa correta é letra A

II - Falso. Não há tal reação entre as impurezas e o sabão.

III- Falso. O fênomeno é consequênica da natureza ondulatória da luz.

Conclue-se que apenas o enunciado I é correto. Alternativa A.

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2) Antonie van Leeuwenhoek e Robert Hooke trouxeram contribuições significativas para o desenvolvimento da biologia, usando microscópios ópticos. Leeuwenhoek utilizava microscópios com uma única lente, enquanto Hooke utilizava microscópios com duas lentes. A figura abaixo retrata o detalhe de um animal desenhado por Hooke. Considerando que ele tenha visto o animal na posição em que desenhou, esse animal seria visto no microscópio de Leeuwenhoek com

A) antenas à esquerda das pernas.
B) pedipalpos à direita do abdome.
C) abdome à esquerda das pernas.
D) abdome à direita dos pedipalpos.

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A alternativa correta é letra D

O aluno deve possuir conhecimentos acerca de física óptica e dos membros dos artrópodes para resolver a esta questão.
Enquanto um microscópio com duas lentes gera uma imagem invertida e revertida em relação à original, uma lente, ou lupa, fornece uma imagem real, não invertida e em maior tamanho.
Assim, a imagem apresentada no enunciado está invertida, e o animal apresenta o abdome à direita dos pedipalpos quando visto pela lupa de Leeuwenhoek.
Resposta: alternativa D.

3) Charges fornecem momentos de muita descontração. Algumas nos fazem rir, já outras… Na charge, a luz incide nos objetos e nas pessoas. Verifica-se que, na parede, não há a sombra do ioiô com o qual o menino brinca, pois I. Ela está sendo projetada na sombra da pasta que o homem carrega. II. A pasta funciona como um anteparo opaco, impedindo a passagem da luz. III. A luz, que caminha em linha reta, não sofre desvios que permitam a projeção da sombra do ioiô na parede. Está correto o contido em

Charges fornecem momentos de muita descontração. Algumas nos fazem rir, já outras…

Na charge, a luz incide nos objetos e nas pessoas. Verifica-se que, na parede, não há a sombra do ioiô com o qual o menino brinca, pois

I. Ela está sendo projetada na sombra da pasta que o homem carrega.

II. A pasta funciona como um anteparo opaco, impedindo a passagem da luz.

III. A luz, que caminha em linha reta, não sofre desvios que permitam a projeção da sombra do ioiô na parede.

Está correto o contido em

Charges fornecem momentos de muita descontração. Algumas nos fazem rir, já outras…

Na charge, a luz incide nos objetos e nas pessoas. Verifica-se que, na parede, não há a sombra do ioiô com o qual o menino brinca, pois

I. Ela está sendo projetada na sombra da pasta que o homem carrega.

II. A pasta funciona como um anteparo opaco, impedindo a passagem da luz.

III. A luz, que caminha em linha reta, não sofre desvios que permitam a projeção da sombra do ioiô na parede.

Está correto o contido em

A) I, apenas.
B) III, apenas.
C) I e II, apenas.
D) I e III, apenas.
E) II e III, apenas.

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A alternativa correta é letra E

Analisemos cada proposição:

A I não é certa, pois não podemos fazer tal afirmação (não sabemos realmente se a sombra do IoIô está sendo projetada na pasta).

A propisção II está correta, pois a pasta, de fato, funciona como um anteparo opaco.

A proposição III também está correta, pois, como afirmado, a luz propaga-se em linha reta, logo, ela não pode sofrer desvios.

Portanto, a opção correta é a E.

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4) Três feixes paralelos de luz, de cores vermelha, amarela e azul, incidem sobre uma lente convergente de vidro crown, com direções paralelas ao eixo da lente. Sabe-se que o índice de refração n desse vidro depende do comprimento de onda da luz, como mostrado no gráfico da figura.

Após atravessar a lente, cada feixe irá convergir para um ponto do eixo, a uma distância f do centro da lente. Sabendo que os comprimentos de onda da luz azul, amarela e vermelha são 450 nm, 575 nm e 700 nm respectivamente, pode-se afirmar que:

A)^fazul =^famarelo =^fvermelho.
B)^fazul =^famarelo <^fvermelho.
C)^fazul > ^famarelo > ^fvermelho.
D)^fazul <^famarelo <^fvermelho.
E)^fazul = ^famarelo >^fvermelho.

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A alternativa correta é letra D

Do enunciado, sabe-se que o índice de refração do vidro varia com o comprimento de onda da luz, de acordo com o gráfico apresentado, e que os comprimentos de onda dos feixes de luz estão relacionados por:

λ_{a z u l} < λ_{a m a r e l o} < λ_{v e r m e l h o}

Do gráfico, portanto, tem-se que:

n_{a z u l} > n_{a m a r e l o} > n_{v e r m e l h o}

O índice de refração é diretamente proporcional ao desvio do feixe de luz ao atravessar a lente, e quanto maior o desvio, maior o ângulo do feixe com a vertical, e portanto, mais próximo o foco está da lente. Assim:

f_{a z u l} < f_{a m a r e l o} < f_{v e r m e l h o}

5) Um feixe luminoso, partindo de uma fonte puntiforme, incide sobre um disco de 10 cm de diâmetro. Sabendo-se que a distância da fonte ao disco é de 1/3 (um terço) da distância deste ao anteparo e que os planos da fonte, do disco e do anteparo são paralelos, pode-se afirmar que o raio da sombra projetada sobre o anteparo é de:

A) 20 cm.
B) 25 cm.
C) 30 cm.
D) 40 cm.
E) 15 cm.

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A alternativa correta é letra A

A figura abaixo esquematiza a situação descrita no problema, sendo x a distância do disco à fonte e R o raio da sombra no anteparo.

Para encontrar R, basta aplicar a semelhança de triângulos entre os formados da fonte ao disco e da fonte ao anteparo. Temos:

\begin{array}{l} \frac{(\frac{x}{3})}{5} = \frac{(\frac{4 x}{3})}{R} \\ \Rightarrow R = 20 c m \end{array}

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6) Considere as seguintes afirmativas relacionadas aos fenômenos que ocorrem com um feixe luminoso ao incidir em superfícies espelhadas ou ao passar de um meio transparente para outro: 1. Quando um feixe luminoso passa do ar para a água, a sua frequência é alterada. 2. Um feixe luminoso pode sofrer uma reflexão interna total quando atingir um meio com índice de refração menor do que o índice de refração do meio em que ele está se propagando. 3. O fenômeno da dispersão ocorre em razão da independência entre a velocidade da onda e sua frequência. 4. O princípio de Huygens permite explicar os fenômenos da reflexão e da refração das ondas luminosas. Assinale a alternativa correta.

A) Somente a afirmativa 1 é verdadeira.
B) Somente as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras.
C) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.
D) Somente as afirmativas 1, 2 e 4 são verdadeiras.
E) Somente as afirmativas 2, 3 e 4 são verdadeiras.

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A alternativa correta é letra B

Vamos discutir cada uma das afirmações, para verificar sua veracidade.

Afirmação 1) FALSA.
Quando uma onda passa de um meio o outro, a única característica da onda que se mantém inalterada, independente dos meios, é a frequência, já o comprimento de onda e a velocidade podem ser alterados.

Afirmação 2) VERDADEIRA.
Quando um feixe luminoso passa de um meio com um dado índice de refração para outro, com índice de refração menor, o feixe tende a se distanciar da normal, sendo assim, é possível que em uma dada situação, tal diferença faça com que o feixe sofra reflexão interna total, aliás é essa a base do funcionamento da fibra óptica.

Afirmação 3) FALSA.
A dispersão ocorre devido a diferença do comprimento de onda das partes que compõem o feixe. E assim, quando mudam de meio sofrem a refração.

Afirmativa 4) VERDADEIRA.
O princípio de Huygens é uma forma aplicada de analisar os problemas de propagação de ondas. Entre tais problemas a refração e a reflexão.

Logo, temos que as afirmativas 2) e 4) são verdadeiras.

Alternativa B)

7) O texto IX refere-se à intenção de Galileu de provar que o Sol estava no centro do universo. Por meio desse texto, Galileu explica a Francisco Ingoli o que é a paralaxe.

Observe a ﬁgura a seguir:

Com base no texto IX e na ﬁgura, analise as aﬁrmativas a seguir:

I. Para um observador em P, a paralaxe da Lua é maior que a paralaxe de Júpiter.

II. Quanto mais próximo estiver um observador do lugar verdadeiro, maior a paralaxe do planeta observado.

III. A paralaxe do Sol é menor para um observador em Q do que para um observador em P.

IV. Para um observador em P, quanto maior o afastamento de um planeta em relação à Terra, menor será sua paralaxe.

Assinale a alternativa correta.

A) Somente as aﬁrmativas I e II são corretas.
B) Somente as aﬁrmativas I e III são corretas.
C) Somente as aﬁrmativas II e IV são corretas.
D) Somente as aﬁrmativas I, III e IV são corretas.
E) Somente as aﬁrmativas II, III e IV são corretas.

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A alternativa correta é letra D

Analisando cada afirmativa e aplicando o conceito de paralaxe enunciado por Galileu, temos :

I- Verdadeira. Quanto maior for a distância do observador P, para o planeta em questão, menor será a paralaxe.

II - Falsa. Considerando que o planeta observado, está na linha horizontal (lugar verdadeiro), o ângulo α entre o observador e o verdadeiro, será nulo. Portanto, não haverá paralaxe.

III- Verdadeira. O observador no ponto Q em comparação ao ponto P, possui menor distância em relação a linha verdadeira. Logo, a paralaxe será menor.

IV - Verdadeira. O ângulo α diminui na medida que a distância entre o observador e o planeta, cresce.

Alternativa D.

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8) Uma sala é iluminada por uma única fonte de luz. A sombra de um objeto projetada na parede apresenta uma região de penumbra. Essa observação permite concluir que a fonte de luz:

A) não é pontual.
B) tem dimensões maiores que o objeto.
C) tem dimensões menores que o objeto.
D) não é elétrica.
E) não é monocromática.

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A alternativa correta é letra A

Para que exista a penumbra, é necessário que tenhamos uma fonte luminosa extensa, ou seja, não puntiforme. Esta gera feiches luminosos em várias direções, sendo que o objeto terá tanto regiões sem receber luz (sombra) como regiões recebendo apenas poucos raios de luz (penumbra).

9) Dois sistemas óticos, D1 e D2, são utilizados para analisar uma lâmina de tecido biológico a partir de direções diferentes. Em uma análise, a luz fluorescente, emitida por um indicador incorporado a uma pequena estrutura, presente no tecido, é captada, simultaneamente, pelos dois sistemas, ao longo das direções tracejadas. Levando-se em conta o desvio da luz pela refração, dentre as posições indicadas, aquela que poderia corresponder à localização real dessa estrutura no tecido é

Dois sistemas óticos, D₁ e D₂, são utilizados para analisar uma lâmina de tecido biológico a partir de direções diferentes. Em uma análise, a luz fluorescente, emitida por um indicador incorporado a uma pequena estrutura, presente no tecido, é captada, simultaneamente, pelos dois sistemas, ao longo das direções tracejadas. Levando-se em conta o desvio da luz pela refração, dentre as posições indicadas, aquela que poderia corresponder à localização real dessa estrutura no tecido é

Suponha que o tecido biológico seja transparente à luz

e tenha índice de refração uniforme, semelhante ao da

água.

Suponha que o tecido biológico seja transparente à luz

e tenha índice de refração uniforme, semelhante ao da

água.

Suponha que o tecido biológico seja transparente à luz

e tenha índice de refração uniforme, semelhante ao da

água.

A) A
B) B
C) C
D) D
E) E

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A alternativa correta é letra C

Pela imagem notamos que o raio captado por D1 não sofre refração pois está incidindo perpendicularmente no tecido biológico. Entretanto pela lei de Snell podemos afirma que o raio capturado por D2 afasta-se da normal.

Adotando n_ar para o índice de refração do Ar; n_tcpara o índice de refração do tecido; A para o ângulo formado entre a normal e o raio refratado recebido por D2 e B o ângulo formado entre o raio recebido por D2 ainda no tecido biológico, temos:

Pelo enunciado, n_tc = n_água;

Lei de Snell

n_ar.sen A = n_tc.sen B

Como n_tc = n_água; e n_água> n_ar; então sen A > sen B

Portanto o emissor de luz encontra-se no ponto C.

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10) Isaac Newton acreditava que a luz era composta por partículas, enquanto seu contemporâneo Christiaan Huygens acreditava que a luz era uma onda. Essa controvérsia ressurgiu no início do século XX, quando concluiu-se que a luz não se tratava exclusivamente de um corpúsculo, tampouco de uma onda, mas ambas as características poderiam ser a ela atribuídas.

Com base nos conhecimentos sobre a natureza da luz e seu comportamento, considere as afirmativas:

I. As lâmpadas fluorescentes emitem fótons de luz branca de mesma frequência.
II. A luz, ao impressionar uma chapa fotográfica, transfere-lhe energia, revelando seu aspecto corpuscular.
III. As várias cores do espectro visível são resultantes de fótons de diferentes energias.
IV. A luz difrata ao atravessar uma fenda, revelando seu aspecto ondulatório.

Assinale a alternativa correta.

A) Somente as afirmativas I e II são corretas.
B) Somente as afirmativas I e III são corretas.
C) Somente as afirmativas III e IV são corretas.
D) Somente as afirmativas I, II e IV são corretas.
E) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

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A alternativa correta é letra E

I - Falso. A luz branca é a composição do espectro de cores e seus respectivos fótons. A luz branca por si só não possui fótons.

II - Verdadeiro. A luz visível tem a capacidade de sensibilizar chapas fotográficas.

III - Verdadeiro. Cada cor possui diferentes frequências e comprimentos de onda, portanto, diferentes energias (fótons).

IV - Verdadeiro. Esse fenômeno é bem comum as ondas mecânicas.

Resposta correta letra E.

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