Dissertação 15 - 2. Santa Casa - Conhecimentos Específicos - Santa Casa 2025

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Questão 15

Dissertativa
15

A figura mostra a trajetória de um raio de luz monocromática que incide perpendicularmente à superfície de um prisma no ponto P. O prisma é constituído do material 1{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"}, no qual a luz se propaga com velocidade de 1,5 x 105 km/s{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"}, e está imerso no material 2{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"}.
 

a. Qual fenômeno óptico ocorre com o raio de luz no ponto P? Mostre que a expressão matemática que representa a lei referente a esse fenômeno é válida na situação representada na figura. 

b. Sabendo que a luz se propaga no vácuo com velocidade de 3,0 × 105{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"} km/s, calcule o índice de refração absoluto do material 1{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"}. Sabendo que o seno do ângulo θ{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"} vale 0,75, calcule o maior valor do índice de refração absoluto do material 2{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"} para que ocorra o fenômeno mostrado no ponto Q.

Resolução:

a. No ponto P, a luz muda de meio de propagação ao passar do meio 2 para o meio 1, ocorrendo então uma refração. 

A expressão matemática que representa a lei referente a esse fenômeno é a segunda lei da refração (lei de Snell–Descartes). Assim:

n1·sen i1=n2·sen i2com i1=00, tem-se:n1·sen 00=n2·sen i2i2=00

Logo, a luz deve adentrar o meio 2 em P sem sofrer desvio de trajetória, como representado na figura, validando a expressão matemática.

b. A partir do índice de refração absoluto do meio 1, tem-se:

n1=cv1=3·1051,5·105n1=2,0{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"}

O fenômeno mostrado em Q é o da reflexão interna total, que ocorre quando a luz incide do meio mais para o meio menos refringente, num ângulo de incidência θ{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"} maior que o ângulo limite entre os dois meios. Assim:

sen θ>sen Lsen θ>n2n10,75>n22n2<1,5{"fontSize":"16px","fontFamily":"Arial"}

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