Questões de Física - Óptica - Prismas

No dia a dia, é possível observar as seguintes ocorrências:

 

I. Uma piscina com água aparenta ser mais rasa do que realmente é.

II. Um objeto, ao ser iluminado com luz branca, apresenta-se preto.

III. Um feixe de luz branca, ao atravessar um prisma, decompõe-se em diversas cores.

 

Os fenômenos ópticos que explicam as ocorrências I, II e III são, respectivamente,

A chuva, que é importante para a agricultura e para abastecer os mananciais, também pode proporcionar espetáculos óticos. As gotículas de água das chuvas, na atmosfera, quando iluminadas pela luz solar, especialmente no início das manhãs ou ao final das tardes, propicia o surgimento do arco-íris, que revela o espectro de cores da luz “branca” proveniente do Sol.

 

A respeito do arco-íris, pode-se afirmar que

Um dos fatores que contribuíram para a aceitação do modelo atômico proposto por Niels Bohr em 1913 foi a explicação dos espectros da luz emitida por átomos de gases aquecidos, que podem ser observados por meio de um aparelho chamado espectroscópio, cujo esquema está representado na figura. Nesse equipamento, a luz emitida por um gás atravessa uma fenda em um anteparo opaco, forma um estreito feixe que incide em um elemento óptico, no qual sofre dispersão. Essa luz dispersada incide em um detector, onde é realizado o registro do espectro.

O elemento óptico desse espectroscópio pode ser

Em um dia de sol, um jardineiro usa uma mangueira para irrigar um pequeno jardim e observa a formação de um arco-íris próximo às gotas de água espalhadas no ar.

 

O fenômeno observado ocorre porque as gotas de água provenientes da mangueira são capazes de

 

  A figura I acima ilustra uma imagem da nebulosa planetária NGC7662. Ao contrário do que essa imagem sugere, as nebulosas planetárias não são tão etéreas e tranquilas; na realidade, são enormes e tempestuosas. Adornando toda a Via Láctea como enfeites de árvore de Natal, as nebulosas planetárias são os restos coloridos de estrelas de baixa massa — aquelas com tamanho inferior a oito vezes a massa solar. As estrelas, ao morrerem, perdem suas camadas externas, que se transformam em uma espécie de vento, cuja velocidade atinge até 1.000 km/s. As estrelas, gradualmente, vão-se desfazendo até chegarem às camadas mais quentes e profundas, quando emitem luz ultravioleta capaz de ionizar o vento e torná-lo fluorescente. 

  No fenômeno da fluorescência, um átomo absorve energia e a reemite na forma de radiação eletromagnética, composta de uma coleção de comprimentos de onda característicos, sendo parte deles compreendida na região do visível, conforme ilustra a figura II, que exemplifica o caso do átomo de hidrogênio. No estudo desse fenômeno, para se identificar a presença de cada elemento químico nas estrelas e nebulosas, usam-se cores, que podem ser determinadas por meio de um espectroscópio, cujo esquema básico é mostrado na figura III. 

 

A partir dessas informações, julgue o item, sabendo que a relação entre a energia E de um fóton e o seu comprimento de onda λ é dada por , em que h = 6,62 × 10^-34 J·s é a constante de Planck c = 3 × 10⁸ m/s, a velocidade da luz no vácuo. 

Se o espectro da figura II tivesse sido obtido a partir da luz emitida por uma estrela que se afasta velozmente da Terra, então todas as linhas espectrais ficariam deslocadas à direita das linhas da figura II.

Por volta do ano de 1665, Isaac Newton realizou um experimento simples em que mostrou que a luz branca é composta pela superposição de diversas cores. No experimento, Newton fez um feixe da luz solar passar através de um prisma e observou a dispersão da luz branca em diversas cores (vermelho, amarelo, verde).

 

A decomposição da luz branca, ao passar por um prisma, ocorre devido ao fenômeno físico denominado