1. O documento apresenta uma série de questões sobre fenómenos ópticos como reflexão, refração e propagação de luz em fibras ópticas. 2. Inclui cálculos de índices de refração, velocidades de propagação, comprimentos de onda e ângulos críticos e de incidência. 3. Tem como objetivo avaliar os conhecimentos dos alunos sobre leis da óptica geométrica e suas aplicações práticas.

1. Física e Química A
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FICHA DE TRABALHO DE FÍSICA E QUÍMICA A
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APSA Nº14 11º Ano de Escolaridade
1. Na figura está representado o comportamento de um feixe luminoso ao incidir sobre três superfícies
distintas, A, B e C.
1.1. Identifique os fenómenos representados em A, B e C.
1.2. Das seguintes afirmações indique as verdadeiras e as falsas
A – Nos fenómenos A e B há conservação de energia, mas não no C, pois a velocidade de
propagação da luz diminui.
B – Os fenómenos A e B regem-se pelas mesmas leis.
C – Nos fenómenos A e B o comprimento de onda da radiação não se altera, mas no C diminui.
D – Os fenómenos A, B e C nunca podem ocorrer em simultâneo.
E – No fenómeno A a frequência da radiação não se altera, mas no C diminui.
2. Um feixe luminoso ao incidir numa superfície polida sofre reflexão.
Na figura apresentam-se quatro esquemas que pretendem descrever este fenómeno.
Seleccione a alternativa correcta que completa a frase.
Da análise das hipóteses apresentadas para descrever a reflexão pode concluir-se que...
A – todos os esquemas estão correctos.
B – apenas os esquemas A e C estão correctos.
C – apenas está correcto o esquema C.
D – apenas está correcto o esquema A.

2. Física e Química A
2
3. Um feixe luminoso passa de um meio opticamente mais denso para outro menos denso.
Na figura apresentam-se quatro esquemas que pretendem descrever a refracção do feixe.
Seleccione a alternativa correcta que completa a frase.
Da análise das hipóteses apresentadas para descrever a retracção do feixe pode concluir-se que...
A – todos os esquemas estão correctos.
B – apenas os esquemas A e C estão correctos.
C – apenas está correcto o esquema B.
D – apenas está correcto o esquema D.
4. Uma onda, de frequência 2,0 x 104
Hz, propaga-se, no meio 1, com uma velocidade de 1,0 x 103
m s-1
,
quando passa para o meio 2, como se mostra na figura
4.1. Qual é a relação entre os índices de refracção dos dois meios?
4.2. Determine o comprimento de onda quando a onda se propaga no
meio 2.
4.3. Calcule o ângulo crítico para esta onda.
5. O índice de refracção do vidro é 1,50.
5.1. Calcule a velocidade de propagação da luz ao propagar-se no vidro.
5.2. Estabeleça a relação entre os comprimentos de onda de uma radiação monocromática ao
propagar-se no ar e no vidro.
6. Qual é o ângulo crítico de uma fibra de vidro, na superfície de separação entre o material do núcleo,
de índice de refracção 1,48 , e o material do revestimento, de índice de refracção 1,40?

3. Física e Química A
3
7. Na figura está representado um raio LASER que incide numa das extremidades de uma fibra
óptica.
7.1. Verifique se há reflexão total do raio LASER ao incidir na superfície de separação entre o núcleo e
o revestimento
7.2. Determine o valor do ângulo .
8. A figura seguinte representa um corte longitudinal de uma fibra óptica e o trajecto de um feixe de
raios laser ao longo do núcleo.
O índice de refracção do vidro que constitui o núcleo a n1
= 1,48, o do plástico do revestimento é n2
e o
do ar é nar
= 1,00. O ângulo mínimo de reflexão total, na fronteira entre o núcleo e o revestimento, é de
78°.
8.1. O índice de refracção n2
tem valor maior, menor ou igual ao de n1
? Justifique
8.2. Admita que o ângulo θ, representado na figura, vale 80°.
Calcule, explicitando o seu raciocínio, o valor do:
8.2.1. Ângulo β.
8.2.2. Índice de refracção n2
.
8.3. Considere uma outra fibra óptica constituída por um núcleo de plástico transparente, como o do
revestimento da fibra da figura, envolvido em ar. Prevê que o ângulo mínimo de reflexão total, na
fronteira entre o plástico e o ar, seja maior ou menor que 78°? Justifique.

4. Física e Química A
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9. Antes da existência de satélites geostacionários, a observação da Terra era efectuada muitas vezes
através da utilização da fotografia e outros meios, a partir de balões, dirigíveis ou aviões a altitudes
muito inferiores às dos actuais satélites artificiais. Em alguns casos, as fotografias obtidas eram
simplesmente lançadas em sacos para a Terra, onde eram recuperadas.
Um balão de observação, B, encontra-se sobre o mar (ver figura). Um feixe luminoso que, com origem
no objecto submerso S, é detectado pelo observador, no balão, faz um ângulo
α= 20,0º com a normal quando atinge a superfície de separação da água com o ar. O índice de refracção
do ar é nar
= 1,0, e o índice de refracção da água é nágua
= 1,3.
9.1 Seleccione o valor CORRECTO do ângulo β
da figura.
(A) 30,5º
(B) 26,4º
(C) 22,1º
(D) 20,0º
9.2. Um objecto é lançado de um balão de observação para o mar.
Seleccione a afirmação CORRECTA.
(A) A energia cinética do objecto ao atingir o mar é a mesma, quer se despreze, ou não, a resistência
do ar.
(B) A energia mecânica do sistema objecto + Terra, no instante em que o objecto atinge o mar, é maior
quando se despreza a resistência do ar do que quando não se despreza essa resistência.
(C) A energia potencial do sistema objecto + Terra, no instante em que o objecto atinge o mar, é
menor quando se despreza a resistência do ar do que quando não se despreza essa resistência.
(D) A energia mecânica do sistema objecto + Terra, no instante em que o objecto atinge o mar, é a
mesma, quer se despreze, ou não, a resistência do ar.
10. A velocidade da luz no ar seco é cerca de 3,00x10
8
m/s. De acordo com os valores dos índices de
refracção indicados na tabela:
Material
Índice de refracção em
relação ao ar seco
Vidro vulgar 1,50
Água 1,33
Gelo 1,31
10.1. Calcula a velocidade da luz através dos materiais.
10.2. Onde é que a luz, propagando-se no ar sofre maior desvio ao encontrar cada um dos materiais
referidos?
10.3. Em qual dos materiais a luz possui maior comprimento de onda?

5. Física e Química A
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CORRECÇÃO
1.1 A – reflexão B – difusão C – refracção
1.2 A – Falsa B – Verdadeira C – Verdadeira D – Falsa E – Falsa
2. opção D
3 Opção C, quando feixe luminoso passa de um meio opticamente mais denso para outro
menos denso, o raio refractado afasta-se da normal.
4.1 f = 2x104
Hz v1 = 1x103
m/s
1 = 40º 2 = 90º- 30 = 60º
n1 sin 1 = n2 sin 2
74,035,1
40sin
60sin
1
2
2
1
2
1

n
n
n
n
n
n
4.2 sm
x
n
n
/1351
101
74,0 2
2
3
2
1
1
2





 a frequência é igual nos dois meios
v2 = 2 x f 1351 = 2 x 2x104
2 = 0,0675 m
4.3 º7,4774,0sinsin
1
2
 ccc
n
n

5.1 n = 1,5 smx
x
v
c
n /102
5,1
103 8
8



c = 3x108
m/s
v = ?
5.2 ar = c x T e vidro = v x T a frequência da radiação não se
altera com a mudança de meio de propagação
vidroar
vidro
ar
x
Tx
Txc



5,1


6. n1 = 1,48 n2 = 1,40
º71945,0sin
48,1
40,1
sinsin
1
2
 cccc
n
n

n1
n2
2 = ?

6. Física e Química A
6
Ou (outra hipótese de resolução) n1 sin 1 = n2 sin 2
quando ocorre reflexãototal o ângulo refractado é 90º, 2 = 90º
1,48 x sin1 = 1,48 sin 90  1 = 71º
7.1 Ocorre reflexão total se o ângulo incidente for superior ao ângulo crítico.
Cálculo do ângulo crítico:
º3,73
42,1
36,1
sinsin
1
2
 ccc
n
n

Calculo do ângulo incidente, i
i = 180 – (90+15) i = 75º
Como o ângulo incidente é superior ao ângulo crítico, então ocorre reflexão total.  > c 
reflexão total
7.2 Para calcular o valor do ângulo incidente,(?), primeiro calcula-se o valor do ângulo  = ?
nn = 1,42 nar sin  = nn sin 15
n ar = 1,0
1x sin  = 1,42 x 0,26   = 21,5º
Então o ângulo incidente é 90 – 21,5 = 68,5º
8.
8.1 n2 >n1, numa fibra óptica o índice de refracção do revestimento é inferior ao do núcleo.
8.2.1  = 80º  = 10º  = ?
n1 sin = n2 sin 1,48 sin 10 = 1 sin   = 14,9º
8.2.2 n1 sin 80= n2 x1 n2 = 1,46
 = ?
15

?
› 
‹

›
= 80
80 80
= 10
n1 = 1,48
nar = 1

7. Física e Química A
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8.3 Menor, pelos cálculos: º5,42
48,1
1
sinsin
1
2
 ccc
n
n

9.1  = 200
n1 sin  = n2 sin 1,3 sin 200
= 1 sin   = 26,40
 = ? opção B 9.2 Opção B
10.1
n
cc
n 


smx
x
n
c
/100,2
5,1
103 8
8
1  smx
x
/1025,2
33,1
103 8
8
2 
smx
x
/1029,2
31,1
103 8
8
3  10.2 No meio de maior índice de refracção.
10.3 No meio onde a velocidade de propagação é maior: gelo  = vT