ITA – Óptica Welcome to your ITA - Óptica (ITA 2015) Luz, que pode ser decomposta em componentes de comprimento de onda com 480 nm e 600 nm, incide verticalmente em uma cunha de vidro com ângulo de abertura α = 3,00o e índice de refração de 1,50, conforme a figura, formando linhas de interferência destrutivas. Qual é a distancia entre essas linhas? a) 11,5 µm b) 12,8 µm c) 16,0 µm d) 22,9 µm e) 32,0 µm (ITA 2015) Luz de uma fonte de frequência f gerada no ponto P é conduzida através do sistema mostrado na figura. Se o tubo superior transporta um líquido com índice de refração n movendo-se com velocidade u, e o tubo inferior contêm o mesmo líquido em repouso, qual o valor mínimo de u para causar uma interferência destrutiva no ponto P’? a) b) c) d) e) (ITA 2013) Num experimento clássico de Young, d representa a distância entre as fendas e D a distância entre o plano destas fendas e a tela de projeção das franjas de interferência, como ilustrado na figura. Num primeiro experimento, no ar, utiliza-se luz de comprimento de onda λ1 e, num segundo experimento, na água, utiliza-se luz cujo comprimento de onda no ar é λ2. As franjas de interferência dos experimentos são registradas numa mesma tela. Sendo o índice de refração da água igual a n, assinale a expressão para a distância entre as franjas de interferência construtiva de ordem m para o primeiro experimento e as de ordem M para o segundo experimento. a) |D (Mλ₂ – mnλ₁) / (nd)| b) |D (Mλ₂ – mλ₁) / (nd)| c) |D (Mλ₂ – mnλ₁) / d| d) |Dn (Mλ₂ – mλ₁) / d| e) |D (Mnλ₂ – mλ₁) / d| (ITA 2013) Se precisar, use os seguintes valores para as constantes: Carga do próton = 1,6 × 10−19 C; Massa do próton = 1,7×10−27 kg; Aceleração da gravidade g = 10 m/s²; 1 atm = 76 cm Hg; velocidade da luz no vácuo c = 3 × 108 m/s. Um raio horizontal de luz monocromática atinge um espelho plano vertical após incidir num prisma com abertura de 4o e ´índice de refração n = 1,5. Considere o sistema imerso no ar e que tanto o raio emergente do prisma como o refletido pelo espelho estejam no plano do papel, perpendicular ao plano do espelho, como mostrado na figura. Assinale a alternativa que indica respectivamente o ângulo e o sentido em que deve ser girado o espelho em torno do eixo perpendicular ao plano do papel que passa pelo ponto O, de modo que o raio refletido retorne paralelamente ao raio incidente no prisma. a) 4º, sentido horário b) 2º, sentido horário c) 2º, sentido anti-horário d) 1º, sentido horário e) 1º, sentido anti-horário (ITA 2011) Um hemisfério de vidro maciço de raio de 10 cm e índice de refração n = 3/2 tem sua face plana apoiada sobre uma parede, como ilustra a figura. Um feixe colimado de luz de 1 cm de diâmetro incide sobre a face esférica, centrado na direção do eixo de simetria do hemisfério. Valendo-se das aproximações de ângulos pequenos, sen θ ≈ θ e tg θ ≈ θ, o diâmetro do círculo de luz que se forma sobre a superfície da parede é de a) 1 cm b) 2/3 cm c) 1/2 cm d) 1/3 cm e) 1/10 cm (ITA 2011) Fontes distantes de luz separadas por um ângulo α numa abertura de diâmetro D podem ser distinguidas quando α > 1, 22λ/D, em que λ é o comprimento de onda da luz. Usando o valor de 5 mm para o diâmetro das suas pupilas, a que distância máxima aproximada de um carro você deveria estar para ainda poder distinguir seus faróis acesos? Considere uma separação entre os faróis de 2 m. a) 100 m b) 500 m c) 1 km d) 10 km e) 100 km (ITA 2014) Sobre uma placa de vidro plana é colocada uma lente plano-côncava, com 1,50 de índice de refração e concavidade de 8,00 m de raio voltada para baixo. Com a lente iluminada perpendicularmente de cima por uma luz de comprimento de onda 589 nm (no ar), aparece um padrão de interferência com um ponto escuro central circundado por anéis, dos quais 50 são escuros, inclusive o mais externo na borda da lente. Este padrão de interferência aparece devido ao filme de ar entre a lente e a placa de vidro (como esquematizado na figura). A espessura da camada de ar no centro do padrão de interferência e a distância focal da lente são, respectivamente, a) 14,7 µm e −10,0 m b) 14,7 µm e −16,0 m c) 238 µm e −8,00 m d) 35,2 µm e 16,0 m e) 29,4 µm e −16,0 m (ITA 2014) A figura mostra um interferômetro de Michelson adaptado para determinar o índice de refração do ar. As características do padrão de interferência dos dois feixes incidentes no anteparo dependem da diferença de fase entre eles, neste caso, influenciada pela cápsula contendo ar. Reduzindo a pressão na cápsula de 1 atm até zero (vácuo), notase que a ordem das franjas de interferências sofre um deslocamento de N, ou seja, a franja de ordem 0 passa a ocupar o lugar da de ordem N, a franja de ordem 1 ocupa o lugar da de ordem N + 1, e assim sucessivamente. Sendo d a espessura da cápsula e λ o comprimento de onda da luz no vácuo, o índice de refração do ar é igual a a) Nλ/d b) Nλ/(2d) c) 1 + Nλ/d d) 1 +Nλ/(2d) e) 1 − Nλ/d (ITA 2014) Uma luz monocromática incide perpendicularmente num plano com três pequenos orifícios circulares formando um triângulo equilátero, acarretando um padrão de interferência em um anteparo paralelo ao triângulo, com o máximo de intensidade num ponto P equidistante dos orifícios. Assinale as respectivas reduções da intensidade luminosa em P com um e com dois orifícios tampados. a) 4/9 e 1/9 b) 2/3 e 1/3 c) 8/27 e 1/27 d) 1/2 e 1/3 e) 1/4 e 1/9 (ITA 2016) Um tubo de fibra óptica é basicamente um cilindro longo e transparente, de diâmetro d e índice de refração n. Se o tubo é curvado, parte dos raios de luz pode escapar e não se refletir na superfície interna do tubo. Para que haja reflexão total de um feixe de luz inicialmente paralelo ao eixo do tubo, o menor raio de curvatura interno R (ver figura) deve ser igual a: a) nd b) d/n c) d/(n − 1) d) nd/(n − 1) e) (ITA 2018) Dois espelhos esféricos interdistantes de 50 cm, um côncavo, E1, e outro convexo, E2, são dispostos coaxialmente tendo a mesma distância focal de 16 cm. Uma vela é colocada diante dos espelhos perpendicularmente ao eixo principal, de modo que suas primeiras imagens conjugadas por E1 e E2 tenham o mesmo tamanho. Assinale a opção com as respectivas distâncias, em cm, da vela aos espelhos E1 e E2. a) 25 e 25 b) 41 e 9 c) 34 e 16 d) 35 e 15 e) 40 e 10 (ITA 2020) A figura ilustra um experimento numa plataforma que, no referencial de um observador externo, se move com velocidade constante de módulo comparável ao da velocidade da luz. No instante to, a fonte F emite um pulso de luz de comprimento de onda λ que incide sobre a placa metálica A, sendo por ela absorvido e, em consequência, emitindo elétrons, que são desacelerados pela diferença de potencial Considerando que os elétrons atingem a placa B a partir do instante t, assinale a alternativa que referencia apenas variações independentes que diminuem o intervalo de tempo Δt = t — t₀ medido pelo observador. a) Aumento de λ, aumento de diminuição de ሀ. b) Diminuição de λ, diminuição de diminuição de ሀ. c) Diminuição de λ, aumento de diminuição de ሀ. d) Diminuição de λ, diminuição de aumento de ሀ. e) Aumento de λ, aumento de aumento de ሀ. (ITA 2020) Dois raios luminosos paralelos e simétricos em relação ao eixo óptico, interdistantes de 2 mm, devem ser focados em um ponto P no interior de um bloco transparente, a 1 mm de sua superfície, conforme mostra a figura. Para tal, utiliza-se uma lente delgada convergente com distância focal de 1 mm. Considerando que o bloco tem índice de refração n=2, a distância L entre o vértice V da lente e a superfície do bloco deve ser ajustada a) 1 mm b) √2/2 mm c) (1 - √2/2) mm d) √3/3 mm e) (1 - √3/3) mm (ITA 2021) Quando precisar use os seguintes valores para as constantes: Aceleração local da gravidade g = 10 m/s². Constante gravitacional universal G = 6,67 × 10⁻ ¹¹m³.kg⁻ ¹.s⁻ ². Velocidade da luz no vácuo c = 3,0 × 10⁸ m/s. Constante de Planck reduzida h = 1,05 × 10⁻³⁴ J.s. Permeabilidade magnética do vácuo µ₀ = 4π × 10⁻⁷ N.A⁻². Carga elétrica elementar e=1,6×10⁻¹⁹ C. Massa do elétron m₀=9,1×10⁻³¹ kg. Constante eletrostática do vácuo K₀=9,0×10⁹ N.m².C⁻². Considere uma lente biconvexa feita de um material com índice de refração 1,2 e raios de curvatura de 5,0 cm e 2,0 cm. Ela é imersa dentro de uma piscina e utilizada para observar um objeto de 80 cm de altura, também submerso, que se encontra afastado a 1,0 m de distância. Sendo o índice de refração da água igual a 1,3, considere as seguintes afirmativas: I. A lente é convergente e a imagem é real. II. A lente é divergente e a imagem é virtual. III. A imagem está a 31 cm da lente e tem 25 cm de altura. Considerando V como verdadeira e F como falsa, as afirmações I, II e III são, respectivamente, a) V F F b) F V F c) F F V d) V V F e) F VV (ITA 2022) Uma lente delgada convergente, com distância focal de 5 cm, é alinhada à frente de um espelho côncavo, de distância focal de 2 cm, de forma a compartilhar o mesmo eixo óptico. Seja x = 0 a posição do vértice do espelho e x = 8 cm a posição da lente. Quais as posições entre os elementos ópticos em que se pode colocar um objeto de forma que nenhuma imagem seja formada na região x > 8 cm? a) 0 cm ≤ x ≤ 2,67 cm b) 3 cm ≤ x ≤ 6 cm c) 3 cm ≤ x ≤ 8 cm d) 5 cm ≤ x ≤ 8 cm e) 6 cm ≤ x ≤ 8 cm (ITA 2022) Considere uma montagem de um experimento de dupla fenda de Young, na qual as fendas estão afastadas de d = 2,0 mm e são iluminadas por luz azul (λ = 480 nm) e amarela (λ' = 600 nm) de mesma intensidade. O padrão de difração resultante ´e projetado sobre um anteparo localizado a 5,0 m das fendas. A que distância, contada a partir da região brilhante central, uma franja verde pode ser observada no anteparo. a) 1,2 mm b) 1,5 mm c) 6,0 mm d) 9,0 mm e) Não é possível observar uma franja verde a partir desse arranjo experimental. (ITA 2024) Quando necessário, use os seguintes valores para as constantes: Aceleração local da gravidade g = 10 m/s². Velocidade da luz no vácuo c = 3,0×10⁸ m/s. Constante de gravitação universal G = 6,7 ×10₋¹¹ N.m²/kg³. Massa da Terra = 6,0 ×10²⁴ kg. Raio da Terra = 6,4 ×10⁶ m. Aproximações numéricas: √60 ≈ 7,7. (1 + x)ⁿ ≈ 1 + nx quando |x| < 1. Um microscópio óptico, formado por duas lentes convergentes, é utilizado para observar uma amostra biológica em laboratório. A lente objetiva tem uma distância focal de 5 mm, enquanto a ocular tem uma distancia focal de 70 mm. A distância entre a objetiva e a ocular e ajustada para 190 mm. Sabendo que a amostra encontra-se a 5,2 mm da lente objetiva, assinale a alternativa que contém o modulo do aumento linear do microscópio descrito. a) 7 b) 14 c) 25 d) 75 e) 175 (ITA 2024) Quando necessário, use os seguintes valores para as constantes: Aceleração local da gravidade g = 10 m/s². Velocidade da luz no vácuo c = 3,0×10⁸ m/s. Constante de gravitação universal G = 6,7 ×10₋¹¹ N.m²/kg³. Massa da Terra = 6,0 ×10²⁴ kg. Raio da Terra = 6,4 ×10⁶ m. Aproximações numéricas: √60 ≈ 7,7. (1 + x)ⁿ ≈ 1 + nx quando |x| < 1. Considere que no experimento de Young da dupla fenda, uma lente, composta de um material com índice de refração n (1 < n < 2), no formato de um semicírculo de raio R, é colocada na saída de uma das fendas, conforme mostra a figura. Sabendo que o comprimento de onda λ é maior que R e que a distancia entre o anteparo e as fendas, L, é muito maior do que λ, assinale a alternativa que corresponde à expressão da posição xₘ do m-ésimo pico do padrão de interferência acima do máximo central. a) b) c) d) e) Time's up