Exercícios: A luz

A luz do Sol percorre cerca de $150$ milhões de quilômetros no espaço praticamente vazio até chegar à Terra.

1. a) A luz precisa de um meio material para se propagar?
2. b) Como se chamam as ondas que, como a luz, podem se propagar no vácuo?
3. c) Se uma estrela distante explodisse, o que perceberíamos a partir da Terra: a sua luz, o seu estrondo ou ambas as coisas? Justifique.

A velocidade da luz no vácuo é de $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) Que distância a luz percorre em um segundo? Expresse-a em metros e em quilômetros.
2. b) O perímetro da Terra mede cerca de $40\,000\ \text{km}$: quantas voltas ao planeta a luz poderia dar em um segundo?

Ao atravessar um prisma, a luz branca do Sol se decompõe em uma faixa de cores semelhante à do arco-íris.

1. a) Indique, em ordem, as cores dessa faixa.
2. b) Que radiações invisíveis existem além do vermelho e além do violeta? Apresente um exemplo de aplicação para cada uma.
3. c) A luz vermelha e a luz violeta viajam com velocidades diferentes no vácuo?

Um feixe de lanterna incide sobre o espelho do banheiro formando um ângulo de $30^\circ$ com a normal, a linha perpendicular ao espelho. A figura mostra o raio incidente sobre o espelho.

1. a) Com que ângulo é refletido o raio, medido a partir da normal?
2. b) Enuncie com suas próprias palavras a lei da reflexão.
3. c) Desenhe no seu caderno o espelho, a normal, o raio incidente e o raio refletido, e indique os ângulos.

Você pode fazer isso em papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Um canudo dentro de um copo com água parece quebrado logo na superfície da água. A figura mostra o que se observa.

1. a) O canudo está realmente dobrado? Explique o que acontece.
2. b) O que acontece com a luz proveniente da parte submersa do canudo ao passar da água para o ar?
3. c) Como se chama esse fenômeno?

Associe cada radiação eletromagnética à respectiva aplicação e escreva os cinco pares completos:

1. a) Raios X.
2. b) Infravermelho.
3. c) Micro-ondas.
4. d) Ultravioleta.
5. e) Ondas de rádio.

Aplicações: uma radiografia no hospital, o controle remoto da televisão, aquecer a comida no forno, detectar notas falsas e ouvir a transmissão no rádio do carro.

O que todas estas radiações têm em comum?

A Lua está a cerca de $384\,000\ \text{km}$ da Terra. Quanto tempo a luz dela demora para chegar até nós? Apresente o resultado com uma casa decimal. ($c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$.)

Não conseguimos ver o que está atrás de uma esquina, embora consigamos ouvir os ruídos vindos de lá.

1. a) O que nos indica este fato sobre a forma como a luz se propaga?
2. b) Explique como se forma a sombra da sua mão sobre a parede.
3. c) Cite um fenômeno astronômico que se explique da mesma forma.

A luz do Sol demora cerca de $8\ \text{min}$ e $20\ \text{s}$ para chegar à Terra.

1. a) Expresse esse tempo em segundos.
2. b) Calcule a distância entre o Sol e a Terra em quilômetros, usando $c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$, e apresente-a em notação científica.

O ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano: cerca de $9,5\cdot10^{12}\ \text{km}$. Próxima Centauri, a estrela mais próxima do Sol, encontra-se a $4,2$ anos-luz.

1. a) Calcule essa distância em quilômetros, em notação científica.
2. b) Quanto tempo a luz de Próxima Centauri leva para chegar até nós?

Um raio de luz incide sobre um espelho plano formando um ângulo de $40^\circ$ com a superfície do espelho. A figura mostra o raio incidente sobre o espelho.

1. a) Que ângulo forma o raio incidente com a normal?
2. b) Qual é o ângulo de reflexão, medido a partir da normal?
3. c) Desenhe a situação no seu caderno e assinale todos os ângulos.

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

A luz se propaga na água a cerca de $225\,000\ \text{km/s}$, mais lentamente do que no ar, onde viaja a cerca de $300\,000\ \text{km/s}$. A figura representa a mudança de direção do raio ao passar do ar para a água.

1. a) Calcule quantas vezes a luz é mais rápida no ar do que na água, com uma casa decimal.
2. b) Ao passar do ar para a água, o raio de luz se aproxima da normal: relacione essa mudança de direção com a mudança de velocidade e dê o nome ao fenômeno.
3. c) Com base nisso, explique por que um canudo em um copo com água parece quebrado.

Em uma fibra óptica, a luz viaja a $2\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) Quanto tempo um pulso de luz demora para percorrer $100\ \text{km}$ de fibra? Apresente o resultado em notação científica.
2. b) Converta o resultado para milissegundos.
3. c) Explique por que a fibra óptica transmite o acesso à internet com tão pouco atraso.

Os astronautas das missões Apollo se comunicavam com o centro de controle de Houston por rádio, e as ondas de rádio viajam à velocidade da luz. A Lua se encontra a $384\,000\ \text{km}$.

1. a) Quanto tempo leva uma pergunta de Houston para chegar à Lua?
2. b) Quanto tempo se passa, no mínimo, entre Houston formular a pergunta e ouvir a resposta do astronauta?
3. c) Por que razão dizemos «no mínimo»?

A luz de Sírius, a estrela mais brilhante do céu noturno, demora $8,6$ anos para chegar à Terra.

1. a) A que distância está Sírius, expressa em anos-luz?
2. b) Quando você a observa esta noite, vê Sírius como ela é agora ou como era há algum tempo? Justifique a sua resposta.
3. c) O que os astrônomos querem dizer quando afirmam que olhar para longe com um telescópio é olhar para o passado?

Uma blusa parece vermelha sob a luz branca do Sol.

1. a) Explique o que o tecido faz com os diferentes componentes da luz branca para que a vejamos vermelha.
2. b) Preveja que cor essa blusa terá em uma sala iluminada apenas com luz verde e justifique.
3. c) De que cor parecerá, nessa mesma sala, uma blusa branca? Justifique a resposta.

Vamos calcular quantos quilômetros tem um ano-luz.

1. a) Quantos segundos tem um ano de $365$ dias? Apresente o valor em notação científica.
2. b) Multiplique esse tempo pela velocidade da luz ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) e indique a distância em metros e em quilômetros.
3. c) A estrela Vega está a cerca de $25$ anos-luz: calcule essa distância em quilômetros.

Betelgeuse, uma estrela da constelação de Órion, encontra-se a cerca de $640$ anos-luz e os astrônomos preveem que um dia exploda como supernova.

1. a) Se amanhã os telescópios observassem a explosão, quando ela ocorreu na realidade? O que acontecia, aproximadamente, na história da Terra nessa época?
2. b) Se a explosão ocorresse de fato hoje, quando chegaria essa informação à Terra?
3. c) Explique por que os astrônomos comparam a observação de objetos muito distantes ao recebimento de uma carta escrita há muito tempo.

Os astronautas das missões Apollo deixaram painéis de espelhos na Lua. A partir de um observatório, envia-se um pulso de laser que é refletido por eles e volta $2,56\ \text{s}$ depois. A Lua está a $384\,000\ \text{km}$. O esquema mostra o percurso do pulso de luz.

1. a) Que distância total o pulso de luz percorre?
2. b) Calcule a velocidade da luz obtida por meio desta experiência e expresse-a em $\text{km/s}$ e em $\text{m/s}$.
3. c) Explique por que não é possível medir a velocidade da luz com uma lanterna e um cronômetro entre as duas extremidades do pátio da escola.

Um periscópio simples contém dois espelhos planos paralelos, cada um inclinado a $45^\circ$ em relação à horizontal, um na parte superior e outro na parte inferior do tubo. A figura mostra o periscópio com seus dois espelhos.

1. a) Desenhe no seu caderno a trajetória de um raio de luz que entra horizontalmente pelo espelho superior até chegar ao olho, aplicando a lei da reflexão em cada espelho.
2. b) Que ângulo o raio forma com a normal em cada espelho? Quanto o raio gira em cada reflexão?
3. c) Explique por que o raio que atinge o olho é horizontal e paralelo ao que entrou.
4. d) Cite uma aplicação prática de um periscópio.

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Um pescador em pé na margem avista um peixe debaixo da água.

1. a) Os raios de luz provenientes do peixe passam da água para o ar, onde se propagam mais rapidamente: eles se aproximam ou se afastam da normal ao emergir para a superfície?
2. b) O nosso cérebro interpreta que a luz se propagou em linha reta: justifique por que o peixe parece estar mais perto da superfície do que realmente está.
3. c) Desenhe no seu caderno os raios e a posição aparente do peixe.
4. d) Por que, para pescar com arpão, é necessário apontar abaixo de onde o peixe é avistado?

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Após uma tempestade de verão, com o Sol baixo às suas costas e a chuva à frente, surge o arco-íris.

1. a) Explique o que acontece com a luz do Sol ao entrar em cada gota de chuva, ao chegar à parte posterior da gota e ao sair dela, indicando os fenômenos envolvidos.
2. b) Cada cor é refratada com um ângulo ligeiramente diferente: como se chama a separação da luz branca nas suas diferentes cores?
3. c) Justifique por que o Sol deve estar atrás de você e a chuva à frente para que você veja o arco-íris.
4. d) O arco é visível porque apenas as gotas situadas em um determinado ângulo em relação à direção do Sol devolvem a luz a você: explique por que isso desenha uma curva.

Você pode fazê-lo no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Todas as radiações eletromagnéticas viajam à mesma velocidade no vácuo, mas a energia de cada fóton aumenta com a frequência e as de frequência muito elevada, como os raios X, são muito penetrantes.

1. a) Ordene por ordem crescente de frequência: infravermelho, ultravioleta, luz visível e raios X.
2. b) Explique por que os óculos de sol e os protetores solares filtram sobretudo a radiação ultravioleta e não a infravermelha.
3. c) Por que os profissionais de saúde se protegem atrás de um painel de chumbo quando realizam radiografias e se limita o número de radiografias feitas em um paciente?
4. d) As câmeras térmicas detectam o infravermelho emitido pelos corpos quentes: explique por que servem para localizar pessoas no escuro.