Ficha nº8

 

Refração da luz; Reflexão total

1. Um raio luminoso transmite-se do ar para o interior de um vidro. Sabendo que quando o ângulo de incidência desse raio é de 30º e que o ângulo de refração é de 25°, qual é a relação entre a velocidade de propagação da luz no ar (vAr) e a velocidade de propagação da luz no vidro (vvidro)?

A. vvidro = vAr

B. vvidro = 1.18 vAr

C. vvidro = 0.85 vAr

D. vvidro = 0.95 vAr

2. A fibra ótica tem atualmente diferentes aplicações.

2.1. Identifique algumas delas.

2.2. Que fenómeno ondulatório permite a condução da informação através da fibra ótica?

2.3. Descreva a constituição de uma fibra ótica indicando as propriedades essenciais dos constituintes que permitem a condução de informação através da fibra com boa qualidade.

2.4. Que condição deve ser verificada quando se canaliza a luz para o interior da fibra?

3. A figura representa um raio luminoso, proveniente do ar, a incidir numa placa de vidro com um índice de refração maior do que o do ar.

Selecione a afirmação correta.

(A) Sendo o ângulo de incidência de 60º e o ângulo de refração de 30º, a velocidade da luz no vidro é metade da velocidade com que se propaga no ar.

(B) Sendo o ângulo de incidência de 60º e o ângulo de refração de 30º, a velocidade da luz no vidro é o dobro da velocidade com que se propaga no ar.

(C) Sendo o ângulo de incidência de 60º e o ângulo de refração de 30º, a frequência da luz no vidro é metade da velocidade com que se propaga no ar.

(D) Sendo o ângulo de incidência de 60° e o ângulo de refração de 30°, a razão dos valores da velocidade da luz no vidro e da velocidade da luz no ar é igual a 

4. Uma fibra ótica, mesmo dobrada, permite a propagação de um feixe de luz, no seu interior, de uma extremidade à outra, praticamente sem perdas.

Selecione a opção que completa a frase, de forma a dar uma explicação física para o fenómeno descrito.

Como o índice de refração da fibra ótica, em relação ao índice de refração do ar, é ...

A . ... inferior, ocorre a reflexão total.

B . ... superior, ocorre a reflexão total.

C . .. . superior, a refração é favorecida dificultando a saída do feixe pelas laterais.

D . ... inferior, a refração é favorecida dificultando a saída do feixe pelas laterais.

5. Abra a simulação disponível em http://phet.colorado.edu/pt/simulation/bending-light.

5.1. Ligue o laser no botão vermelho e observe os fenómenos que a luz sofre quando incide na superfície de separação dos dois meios.

5.2. Retire da caixa de ferramentas o medidor de intensidade (verde) e verifique a Lei da Conservação da Energia. Varie a inclinação do raio incidente e verifique se ocorre alteração na repartição da energia.

5.3. Com o transferidor meça a amplitude dos ângulos de reflexão e refração.

5.4. Com os comandos à direita varie o índice de refração dos meios e observe as alterações produzidas. Quando se aumenta o índice de refração do segundo meio, o ângulo de refração aumenta ou diminui?

5.5. Altere os índices de refração de forma a que o meio onde está o laser tenha menor índice do que o outro. Determine o ângulo crítico entre os dois meios selecionados.

6. Considere as seguintes situações que ocorrem no nosso dia a dia e que todos conhecemos:

(A) Uma pessoa consegue ouvir o som de uma conversa que vem de trás de um muro.

(B) Uma piscina cheia de água parece menos profunda quando observada por uma pessoa que se encontra fora de água junto à piscina.

(C) Uma pessoa vê a sua imagem na superfície da água calma de um lago.

Selecione a sequência que indica os fenómenos físicos que explicam cada uma das três situações.

(A) (A) difração, (B) refração, (C) difração

(B) (A) reflexão, (B) refração, (C) difração

(C) (A) refração, (B) refração, (C) reflexão

(D) (A) difração, (B) refração, (C) reflexão

7. A figura seguinte representa esquematicamente as direções e sentidos dos percursos dos raios luminosos quando encontram a superfície de separação de dois meios (B e A).

Em qual dos meios a velocidade de propagação da luz é maior?

A. É igual nos dois meios.

B. É maior no meio A.

C. É maior no meio B.

D. Não se pode tirar conclusões.

8. O núcleo da fibra ótica representada na figura tem índice de refração e está imerso no ar, onde o índice de refração é 1. Determine o valor mínimo do ângulo de incidência para que essa fibra ótica possa transmitir luz exclusivamente por reflexão.

9. Determine o menor valor do índice de refração do material do núcleo relativamente ao do revestimento de uma fibra ótica para que ocorra reflexão total da luz no seu interior, quando o ângulo de incidência da luz na superfície de separação dos dois meios é de 30°.

10. Na figura representa-se a reflexão e a refração de um feixe de luz monocromática que incide sobre a superfície de separação de dois meios, meio 1 e meio 2.

Com base nas propriedades da luz, é correto afirmar:

(A) Os ângulos ɵ1, ɵ2 e ɵ3 são iguais.

(B) O índice de refração do meio 1 é maior do que o do meio 2.

(C) A velocidade de propagação da luz no meio 1 é menor do que no meio 2.

(D) A frequência da luz no meio 1 é igual à frequência da luz no meio 2.

Escolha a opção correta.

11. Numa fibra ótica, o índice de refração do núcleo é 1,55. Calcule o intervalo de valores que poderá ter o índice de refração do revestimento para que ocorra reflexão total da luz nas condições ilustradas na figura.

12. A figura mostra um feixe de luz que passa do vidro para a água.

12.1. Justifique a seguinte afirmação verdadeira:

"O comprimento de onda da luz no vidro é menor do que na água."

12.2. Sabendo que a velocidade de propagação da luz no vidro é cerca de 89% daquela verificada na água, calcule o ângulo de incidência a partir do qual haverá reflexão total.

13. A frequência em que operam os telemóveis é da ordem dos GHz (micro-ondas); no caso dos rádios comuns a frequência de transmissão é da ordem dos MHz (ondas rádio).

Ao comparar-se o alcance, verifica-se que o alcance de um telemóvel é muito menor e necessita de várias antenas para emitir, enquanto na utilização dos rádios apenas uma antena transmissora é suficiente para emitir a grandes distâncias. Como se explicam estas evidências?

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