Questão 86 caderno branco (9) ENEM 2015 PPL

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) √3 

B) √3/3 

C) 2 

D) 1/2 

E) √3/2

Resolução em Texto

📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:

  • FÍSICA – Óptica:
    • Refração da luz (Lei de Snell)
    • Polarização por reflexão (condição de Brewster)
    • Trigonometria com ângulos complementares
    • Cálculo de índice de refração

📔 Nível da Questão:

  • Médio — exige domínio da Lei de Snell e interpretação geométrica da condição de Brewster, com manipulação trigonométrica. O raciocínio é simples, mas a aplicação correta das leis exige atenção.

✅ Gabarito:

  • ✅ Letra A

🎯 Tema/Objetivo Geral:

  • Refração da luz e polarização – aplicação da Lei de Brewster com Snell.

🔷 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

📌 COMANDO DA QUESTÃO:
“Qual deve ser o índice de refração da lâmina para que o feixe refletido seja polarizado?”

🔍 O QUE ESTÁ SENDO PEDIDO?
Determinar o índice de refração n₂ da lâmina para que ocorra polarização do feixe refletido, segundo a condição de Brewster.

🎯 OBJETIVO CRISTALINO:
Usar a Lei de Snell com os ângulos de polarização e refração específicos para encontrar o valor de n₂.

❓ DÚVIDA COMUM:
“Por que o feixe precisa formar 90° entre os raios refletido e refratado?”
✅ Porque essa é justamente a condição de Brewster, que elimina a componente perpendicular da luz refletida, resultando em luz polarizada.


🔷 Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários

🔹 1. Lei de Brewster

Quando a luz não polarizada incide sobre uma superfície e o ângulo entre o raio refletido e o refratado é de 90°, o raio refletido torna-se completamente polarizado.

➡️ Nessa condição:
θ_inc + θ_refr = 90°

🔹 2. Lei de Snell (refração)

A Lei de Snell relaciona os índices de refração e os ângulos:

  • n₁ · sen(θ₁) = n₂ · sen(θ₂)

Onde:

  • n₁: índice do meio de onde a luz vem (aqui, ar → n₁ = 1)
  • θ₁: ângulo de incidência (polarização)
  • n₂: índice da lâmina (o que queremos achar)
  • θ₂: ângulo de refração (dado: 30°)

🔷 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto

📌 Dados fornecidos:

  • n₁ = 1
  • θ₂ (refração) = 30°
  • Raio refletido e refratado formam 90° →
    ⇒ θ₁ = 90° – θ₂ = 60°

➡️ Agora, usar a Lei de Snell com esses ângulos para descobrir n₂a etapa, o que determina o comportamento dos pedaços é a densidade relativa entre o plástico e o líquido.


🔷 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio

🔹 Passo 1: Aplicar a Lei de Snell

n₁ · sen(θ₁) = n₂ · sen(θ₂)
1 · sen(60°) = n₂ · sen(30°)

🔹 Passo 2: Usar os valores dados no enunciado

  • sen(60°) = √3 / 2
  • sen(30°) = 1 / 2

Substituindo:

(√3 / 2) = n₂ · (1 / 2)

Multiplicando ambos os lados por 2:

√3 = n₂


🔷 Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução

A) √3 ✅ Correta
B) √3 / 3 ❌ Muito menor
C) 2 ❌ Exagerado
D) 1/2 ❌ Muito pequeno
E) √3 / 2 ❌ É o seno de 60°, não o índice procurado


🔷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

A única forma de garantir que o feixe refletido seja totalmente polarizado é satisfazendo a condição de Brewster: raio refletido e refratado com 90° entre si. Aplicando a Lei de Snell com os ângulos corretos, concluímos que o índice de refração da lâmina deve ser:

✅ Gabarito: Letra A — √3

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