Ciências da NaturezaÓptica (Reflexão, Refração, Lentes e Olho Humano)Difícil

Questão de Óptica (Reflexão, Refração, Lentes e Olho Humano) — ENEM

Uma pesquisa sobre a tecnologia de telecomunicações estuda como a luz percorre longas distâncias dentro de uma fibra óptica, levando dados de internet para toda a sociedade. O núcleo da fibra é feito de um material de índice de refração maior, enquanto a casca que o envolve tem índice menor. Quando a luz, viajando no núcleo, atinge a fronteira com a casca formando um ângulo de incidência superior a um certo ângulo limite, ela não atravessa para a casca e retorna integralmente ao núcleo, repetindo isso milhares de vezes ao longo do cabo. Graças a esse confinamento, o sinal luminoso viaja com pouquíssima perda. Os pesquisadores destacam que esse efeito só é possível porque a luz vai de um meio mais refringente para outro menos refringente. Qual fenômeno óptico garante que a luz permaneça confinada no núcleo da fibra, sem escapar para a casca?
AReflexão total, quando o ângulo de incidência supera o ângulo limite.
BRefração simples, com a luz mudando de direção ao entrar na casca.
CDispersão da luz branca, que separa as cores no núcleo.
DDifração da luz, que contorna obstáculos no interior da fibra.
EReflexão difusa, que espalha a luz em todas as direções.

Gabarito comentado

A reflexão total acontece quando a luz tenta passar de um meio mais refringente para outro menos refringente com ângulo de incidência acima do ângulo limite: nesse caso, nenhuma luz refrata e tudo é refletido. Esse princípio sustenta a tecnologia das fibras ópticas usadas nas telecomunicações.

Resolução passo a passo

O confinamento da luz na fibra óptica deve-se à reflexão total, que ocorre quando a luz vai de um meio mais refringente, o núcleo, para outro menos refringente, a casca, e incide com ângulo superior ao ângulo limite. Nessa condição, em vez de refratar para a casca, toda a luz é refletida de volta ao núcleo, viajando com perdas mínimas. A refração simples está errada, uma vez que ela implicaria a luz atravessar para a casca e escapar, contrariando o confinamento descrito. A dispersão apenas separaria cores, sem aprisionar a luz. A difração descreve o contorno de obstáculos e fendas, enquanto a reflexão difusa espalharia a luz em várias direções, o oposto do feixe organizado necessário para transmitir dados. Somente a reflexão total explica corretamente o transporte eficiente do sinal luminoso ao longo do cabo.

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