Óptica

Questões - Fundamentos de Óptica

Luz - Comportamento e Princípios:

9. A distância média entre a Terra e o Sol é de 150.000 km. Quanto tempo a luz demora para chegar à Terra? (Considerando c = 300.000 km/s).

O primeiro passo é entender o deslocamento da luz. Como c é uma velocidade constante, o movimento deve ser uniforme, ou seja:

Com isto, basta substituir os valores dados no exercício:

Ainda podemos expressar este tempo em minutos:

Portanto, a luz demora aproximadamente 8 minutos e 20 segundos para viajar do Sol até a Terra.

10. Quando as missões espaciais chegaram à Lua foram deixados espelhos em sua superfície para que pudessem ser feitos experimentos com eles. Suponhamos que, usando um destes espelhos, você deseje descobrir a distância entre a Terra e a Lua. É usado, então, um feixe de laser que é captado após 2,54 segundos. Desconsiderando os movimentos da Terra e da Lua, e usando c = 300.000 km/s, qual a distância entre o nosso planeta e o seu satélite natural?

Como no exercício anterior, a luz descreve um movimento uniforme, logo:

O tempo necessário para que o laser atinja os receptores é equivalente à viagem de ida e volta da luz, logo, precisamos usar a metade deste tempo, ou seja, 1,27 segundos:

11. Ano-luz é a medida de distância usada em astronomia que se refere ao espaço percorrido pela luz durante um ano terrestre. Considerando c = 300.000 km/s e 1 ano = 365,25 dias, quantos quilômetros equivale a um ano-luz?

Precisamos converter a unidade de tempo para segundos e, para isso, precisamos saber que:

1 minuto = 60 segundos

1 hora = 60 minutos = 3600 segundos

1 dia = 24 horas = 1440 minutos = 86400 segundos

1 ano = 8766 horas = 525960 minutos = 31557600 segundos

Sombra e Penúmbra

12. Uma pessoa de 1,9 m de altura está em pé ao lado de um prédio. A sombra do prédio projetada pela luz solar é de 90 m enquanto a da pessoa é de 9 m. Qual a altura do prédio?

Começamos o problema pensando nos raios solares, uma vez que devem incidir paralelamente entre si. A pessoa, a sombra e o raio de luz formam um triângulo retângulo assim como o triângulo formado pelo prédio, sombra e raio de luz; os ângulos formados devem ser os mesmos. Assim podemos escrever uma semelhança de triângulos:

Podemos isolar a altura do prédio e calculá-la em função dos dados conhecidos:

13. Uma lâmpada é usada para iluminar uma sala de 3 m de altura entre o chão e o teto. A uma altura de 1 m do chão está uma mesa quadrada com cada lado medindo 40 cm. Supondo que a lâmpada seja uma fonte puntual localizada exatamente ao centro da mesa, qual a área da sombra da mesa?

Nesta situação podemos analisar a distância entre o centro da mesa e uma das extremidades. Ficamos com a diferença entre a mesa e o teto igual a 2 m e a largura média da mesa igual a 20 cm. Assim, encontraremos o valor de x e com isto as dimensões da sombra.

Usando semelhança de triângulos:

Sabemos que esta é a metade da dimensão da sombra, logo, a dimensão total projetada é de 0,6 m, de onde podemos calcular a área da sombra:

Câmara escura de orifício

14. Um objeto de 20 cm de tamanho é colocado a uma distância de 4 m de uma câmara com uma orifício cuja dimensão entre a entrada e o anteparo é de 50 cm. Qual o tamanho do objeto projetado no anteparo? Ele estará invertido?

Primeiramente devemos interpretar os dados do problema. A distância entre o objeto e a entrada da câmara é p, a distância entre a entrada e o anteparo é p' e o tamanho do objeto é o. Assim, basta aplicar a fórmula da câmara escura:

Isolando o tamanho da imagem, i:

Basta aplicar os valores, lembrando de utilizar a mesma unidade para todas as grandezas!