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

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

Em uma aula de tecnologia automotiva realizada em uma escola técnica, um professor explica como o sistema óptico do farol de um automóvel consegue produzir um feixe de luz intenso e paralelo a partir de uma lâmpada pequena. Ele mostra que dentro do farol há um espelho côncavo e que a lâmpada é posicionada exatamente no ponto focal desse espelho. Os alunos relembram que, em um espelho côncavo, todo raio que passa pelo foco é refletido paralelamente ao eixo principal, e que todo raio paralelo ao eixo converge para o foco após a reflexão. Ao colocar a fonte luminosa no foco, os raios emitidos por ela chegam ao espelho e saem todos paralelos entre si, formando o feixe concentrado que ilumina a estrada à frente. O professor ressalta que esse princípio também é usado em lanternas, refletores de palco e radiotelescópios, sendo fundamental para a tecnologia de iluminação e comunicação da sociedade moderna. Por que a lâmpada é posicionada exatamente no foco do espelho côncavo para produzir um feixe de luz paralela?
APorque no foco a lâmpada fica mais protegida do calor gerado pela reflexão.
BPorque todo raio emitido a partir do foco é refletido paralelo ao eixo principal do espelho.
CPorque no foco ocorre reflexão difusa, espalhando a luz uniformemente para todos os lados.
DPorque o foco é o ponto de maior intensidade de calor, o que aumenta o brilho da lâmpada.
EPorque raios emitidos do foco convergem novamente ao foco após a reflexão, amplificando a luz.

Gabarito comentado

Em espelhos côncavos, raios emitidos a partir do foco são refletidos paralelos ao eixo principal. Por isso, lanternas e faróis posicionam sua fonte luminosa no foco, transformando a luz divergente da lâmpada em um feixe paralelo e concentrado que atinge grandes distâncias com eficiência, princípio aplicado também em refletores e radiotelescópios.

Resolução passo a passo

A propriedade geométrica fundamental do espelho côncavo estabelece que qualquer raio que parte do foco chega ao espelho e é refletido paralelamente ao eixo principal. Assim, ao posicionar a lâmpada exatamente no foco, todos os raios divergentes por ela emitidos são redirecionados em um feixe paralelo e concentrado, maximizando o alcance do farol. A alegação de que o foco protege a lâmpada do calor confunde geometria óptica com engenharia térmica, sem relação com o fenômeno descrito. A reflexão difusa espalharia a luz em todas as direções, produzindo efeito oposto ao desejado. O foco não é um ponto de calor que intensifica a lâmpada; a temperatura da fonte independe de sua posição em relação ao espelho. A última afirmação erra ao dizer que raios do foco convergem de volta ao foco: isso ocorreria com raios provenientes do centro de curvatura, não do foco.

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