O feixe de um laser incide obliquamente na lateral de uma janela de vidro, cujo índice de refração é maior do que o do ar, e a atravessa. Uma representação esquemática dessa situação utiliza linhas pontilhadas para demonstrar a trajetória que o feixe teria, caso não sofresse refração, e linhas contínuas com setas para mostrar a trajetória realmente seguida pelo feixe.
Qual representação esquemática apresenta a trajetória seguida pelo feixe de laser quando atravessa a janela de vidro?
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Óptica Geométrica (Refração da Luz)
Nível da Questão: Médio
Gabarito: A
Tema/Objetivo Geral: Entender como ocorre o desvio do feixe de luz quando ele passa de um meio menos refringente (ar) para outro mais refringente (vidro) e, em seguida, retorna ao ar.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Retomada do Comando: “O feixe de um laser incide obliquamente em uma janela de vidro (cujo índice de refração é maior que o do ar) e a atravessa. Qual esquema representa corretamente a trajetória do feixe?”
🔹 Explicação Detalhada: Precisamos identificar o desvio do raio luminoso ao atravessar o vidro, considerando que o índice de refração do vidro é maior do que o do ar. Isso significa que, ao entrar no vidro, o feixe se aproxima da normal, e ao sair de volta para o ar, ele se afasta da normal.
📌 Identificação de Palavras-chave: Laser, refração, índice de refração maior, trajetória real vs. trajetória pontilhada (sem refração).
📌 Definição do Objetivo: Determinar qual figura mostra corretamente a mudança de direção do feixe ao entrar e ao sair do vidro.
“Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos abordar os conceitos e conteúdos necessários.”
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Conceitos Teóricos Essenciais:
🔹 Refração da Luz: Ocorre quando a luz passa de um meio para outro com índice de refração diferente, provocando mudança de velocidade e desvio de direção.
🔹 Índice de Refração (n): Quanto maior o n, menor a velocidade de propagação da luz no meio e maior o desvio em relação à normal.
📌 Definições Importantes:
🔹 Lei de Snell-Descartes: n₁ × sen(θ₁) = n₂ × sen(θ₂), onde θ é o ângulo em relação à normal.
🔹 Meio Mais Refringente: Maior n → a luz se aproxima da normal ao entrar.
📌 Representações Visuais:
🔹 (imagem ilustrativa de um raio incidindo no vidro, mostrando o feixe se aproximando da normal ao entrar no vidro e se afastando ao sair)
“Com os conceitos bem estabelecidos, vamos agora interpretar o texto da questão.”
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Análise do Contexto:
🔹 A luz parte do ar (n menor) para o vidro (n maior) e depois retorna ao ar. Ao entrar no vidro, o raio se aproxima da normal; ao sair, afasta-se da normal.
📌 Identificação de Frases-chave:
🔹 “índice de refração é maior do que o do ar” e “linhas pontilhadas mostram a trajetória se não houvesse refração”.
📌 Relação com o Conteúdo de Óptica:
🔹 Precisamos de um esquema em que a luz “quebre” em direção à normal na entrada e, ao sair, “quebre” novamente, mas agora se afastando da normal.
📌 Coloque-se no Lugar de um Professor de Física:
🔹 Imagine explicando a um aluno: “O feixe inclina para dentro quando entra no vidro e inclina para fora quando sai.” Esse é o conceito fundamental para escolher o esquema correto.
“Agora que o texto foi interpretado, vamos desenvolver o raciocínio e, se necessário, os cálculos ou explicações técnicas para a resolução completa.”
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
📌 Resolução Completa:
🔹 Ao passar do ar (n menor) para o vidro (n maior), o raio se aproxima da normal.
🔹 Ao sair do vidro (n maior) para o ar (n menor), o raio se afasta da normal.
🔹 Assim, a linha contínua deve mostrar um desvio menor que a linha pontilhada na entrada (aproximação da normal) e um desvio maior que a linha pontilhada na saída (afastamento da normal).
📌 Explicação da Lógica Óptica:
🔹 Lei de Snell-Descartes: n₁ < n₂ implica sen(θ₂) < sen(θ₁) → θ₂ < θ₁, ou seja, o ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência, significando aproximação da normal ao entrar no vidro.
📌 Ilustrações Descritivas:
🔹 (imagem destacando duas normais na interface ar-vidro e vidro-ar, mostrando o ângulo de incidência e refração em cada passagem)
“Com o raciocínio desenvolvido, vamos agora analisar as alternativas apresentadas.”
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
📌 Reescrita e Análise das Alternativas (Esquemas A, B, C, D e E):
- A) Mostra o raio inclinando-se para perto da normal ao entrar e saindo mais afastado da normal ao voltar para o ar.
✅ Justificativa: Corresponde exatamente ao que a teoria prevê: aproximação ao entrar em um meio de maior índice e afastamento ao sair. - B) …
❌ Justificativa Geral: Não corresponde ao padrão correto de aproximação e afastamento da normal. - C) …
❌ Justificativa Geral: Mostra desvios incorretos. - D) …
❌ Justificativa Geral: Apresenta um trajeto que não condiz com a lei da refração. - E) …
❌ Justificativa Geral: O ângulo ao sair não reflete o comportamento esperado para um meio de menor índice.
“Finalmente, vamos concluir a resolução com um resumo e a justificativa final.”
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo do Raciocínio:
🔹 O feixe se aproxima da normal ao entrar no vidro (n maior) e se afasta ao voltar para o ar (n menor). A representação que exibe essa variação de ângulo em relação à linha pontilhada (trajeto sem refração) é a alternativa A.
📌 Reafirmação da Alternativa Correta:
🔹 A alternativa A é a correta, pois mostra adequadamente o fenômeno da refração: aproximação ao entrar no vidro e afastamento ao sair.
🔍 Resumo Final:
🔹 Em síntese, quando a luz atravessa uma janela de vidro, ela sofre desvio em direção à normal ao entrar (devido ao índice de refração maior do vidro) e se afasta ao sair (voltando para o ar). O esquema que retrata esse comportamento é o A.
