Simulado de óptica geométrica: questões com gabarito comentado

Este simulado de óptica geométrica reúne questões sobre os assuntos mais frequentes no ensino médio, em vestibulares e no ENEM: propagação da luz, espelhos, lentes e refração. Resolva os itens sem consultar o gabarito inicialmente e, depois, use os comentários para identificar quais conceitos precisam ser retomados.

Como usar este simulado

A óptica geométrica estuda a trajetória da luz por meio de raios luminosos. Esse modelo é útil quando as dimensões dos objetos envolvidos são muito maiores que o comprimento de onda da luz. Nas questões escolares, os desenhos de raios, as convenções de sinais e a interpretação das imagens são mais importantes do que a memorização isolada de fórmulas.

Antes de começar, separe papel e lápis para registrar cálculos e esboçar esquemas. Em problemas com espelhos esféricos ou lentes, desenhar o eixo principal, o foco e a posição do objeto reduz erros de interpretação. Quando houver alternativas, confira se a resposta respeita as características físicas da imagem, e não apenas o resultado numérico.

Revisão dos conceitos essenciais

Em um meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta. Esse princípio explica a formação de sombras, eclipses e o funcionamento da câmara escura. Os raios luminosos também apresentam independência: podem cruzar-se sem alterar suas trajetórias.

Na reflexão, a luz retorna ao mesmo meio. A lei da reflexão determina que o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, ambos medidos em relação à normal da superfície. Já na refração, a luz passa de um meio para outro e, em geral, muda sua velocidade e direção. A frequência permanece constante, enquanto velocidade e comprimento de onda podem variar.

Para espelhos esféricos e lentes delgadas, uma forma comum da equação dos pontos conjugados é 1/f = 1/p + 1/p', em que f é a distância focal, p é a distância do objeto e p' é a distância da imagem. A aplicação exige atenção à convenção de sinais adotada no enunciado ou no livro didático.

Questões sobre propagação da luz e espelhos planos

1. Uma pessoa observa sua imagem em um espelho plano vertical. Se ela se afasta 2 m do espelho, a distância entre a pessoa e sua imagem aumenta:

1. 1 m.
2. 2 m.
3. 3 m.
4. 4 m.
5. 8 m.

2. Uma bandeira iluminada pelo Sol projeta uma sombra bem definida sobre o chão em um dia sem nuvens. O fenômeno que explica principalmente a formação dessa sombra é:

1. a dispersão da luz.
2. a propagação retilínea da luz.
3. a refração da luz no ar.
4. a difração da luz.
5. a polarização da luz.

3. Dois espelhos planos formam entre si um ângulo de 90°. Um objeto é colocado entre eles, em posição que permite a formação completa das imagens. O número de imagens observadas é:

1. 1.
2. 2.
3. 3.
4. 4.
5. 8.

4. Uma estudante levanta a mão direita diante de um espelho plano. Na imagem, parece levantar a mão esquerda. Essa aparência ocorre porque o espelho:

1. inverte a imagem de cima para baixo.
2. troca efetivamente os lados direito e esquerdo do objeto.
3. produz uma inversão em relação ao plano do espelho, percebida como reversão lateral.
4. forma uma imagem real atrás de sua superfície.
5. amplia seletivamente o lado oposto do corpo.

Questões sobre espelhos esféricos

5. Espelhos convexos são usados como retrovisores de veículos e em sistemas de vigilância porque fornecem imagens:

1. reais, invertidas e ampliadas.
2. virtuais, direitas e reduzidas.
3. virtuais, invertidas e ampliadas.
4. reais, direitas e reduzidas.
5. reais, invertidas e do mesmo tamanho.

6. Um objeto é colocado entre o foco e um espelho côncavo. A imagem formada é:

1. real, invertida e menor que o objeto.
2. real, invertida e maior que o objeto.
3. virtual, direita e maior que o objeto.
4. virtual, invertida e menor que o objeto.
5. real, direita e do mesmo tamanho.

7. Um objeto está a 30 cm de um espelho côncavo cuja distância focal é 10 cm. Usando a equação dos pontos conjugados, a distância da imagem vale:

1. 5 cm.
2. 10 cm.
3. 15 cm.
4. 20 cm.
5. 30 cm.

Considere, neste item, as grandezas positivas para objeto real e imagem real formada diante do espelho. Além do cálculo, observe que o objeto está além do centro de curvatura, situado a 20 cm do vértice.

Questões sobre lentes e refração

8. Uma lente convergente recebe raios de luz paralelos e próximos de seu eixo principal. Após atravessarem a lente, esses raios:

1. afastam-se como se tivessem saído de um foco virtual.
2. seguem paralelos, sem sofrer desvio.
3. convergem para um ponto denominado foco imagem.
4. refletem-se integralmente em sua superfície.
5. mudam de frequência e de cor.

9. Uma pessoa míope tem dificuldade para enxergar objetos distantes porque, sem correção, a imagem desses objetos tende a se formar antes da retina. A lente corretiva adequada é:

1. convergente, pois aproxima os raios luminosos.
2. divergente, pois afasta os raios antes de eles entrarem no olho.
3. plana, pois não altera a direção da luz.
4. convexa, pois produz apenas imagens virtuais.
5. cilíndrica em todos os casos de miopia.

10. Um raio de luz passa do ar para a água, incidindo obliquamente sobre a superfície. Como a velocidade da luz na água é menor do que no ar, o raio refratado aproxima-se:

1. da normal à superfície.
2. da direção paralela à superfície.
3. do raio refletido.
4. do foco de uma lente divergente.
5. do ponto de incidência sem mudar de direção.

Gabarito comentado

1. Alternativa D. Em espelho plano, a imagem se afasta do espelho exatamente tanto quanto o objeto. Ao a pessoa afastar-se 2 m, sua imagem também se afasta 2 m no lado oposto. Assim, a separação entre pessoa e imagem cresce 4 m.

2. Alternativa B. Como a luz se propaga aproximadamente em linha reta, um corpo opaco bloqueia parte dos raios e cria uma região sem iluminação direta. Essa região é a sombra.

3. Alternativa C. Para dois espelhos com ângulo de 90°, aplica-se a relação N = 360°/α − 1. Logo, N = 360°/90° − 1 = 3. A posição do objeto precisa permitir que as imagens não sejam bloqueadas.

4. Alternativa C. O espelho não troca materialmente direita e esquerda. Ele inverte a profundidade, isto é, a direção perpendicular ao plano do espelho. A comparação entre a imagem e o observador gera a percepção de reversão lateral.

5. Alternativa B. O espelho convexo amplia o campo visual, mas forma imagens virtuais, direitas e menores. Por isso, objetos vistos no retrovisor podem parecer mais distantes do que realmente estão.

6. Alternativa C. Quando o objeto fica entre o foco e o vértice de um espelho côncavo, os raios refletidos divergem. Seus prolongamentos se cruzam atrás do espelho, formando imagem virtual, direita e ampliada.

7. Alternativa C. Substituindo os dados: 1/10 = 1/30 + 1/p'. Então, 1/p' = 1/10 − 1/30 = 2/30, e p' = 15 cm. A imagem é real e se forma entre o foco e o centro de curvatura.

8. Alternativa C. A lente convergente desvia para o eixo principal os raios paralelos que a atravessam. Em condições ideais, eles se encontram no foco imagem da lente.

9. Alternativa B. A lente divergente reduz a convergência do conjunto de raios que entra no olho. Desse modo, o foco, que se formaria antes da retina, pode deslocar-se para a retina.

10. Alternativa A. Ao passar para um meio em que sua velocidade é menor, a luz sofre desvio em direção à normal. A frequência não muda nessa passagem; o que muda é a velocidade de propagação e o comprimento de onda.

Pontos de revisão

Uma boa revisão de óptica geométrica combina interpretação de figuras, conhecimento das propriedades das imagens e domínio de cálculos simples. Ao errar uma questão, não basta decorar a alternativa correta: localize a regra física que justificaria a resposta antes mesmo de ver as opções.

• Em espelho plano, imagem e objeto ficam à mesma distância da superfície refletora.
• Espelho côncavo é convergente; espelho convexo é divergente.
• Lente convergente pode gerar imagem real ou virtual, conforme a posição do objeto.
• Lente divergente forma, para objeto real, imagem virtual, direita e reduzida.
• Na refração, a frequência da luz se conserva ao atravessar a interface entre meios.
• Sempre meça ângulos em relação à normal, e não em relação à superfície.

Ao resolver exercícios, faça um desenho simples dos raios e marque foco, eixo principal e posição do objeto. Esse procedimento ajuda a prever a natureza da imagem antes do cálculo.