Exercícios Resolvidos de Lentes Delgadas

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Um estudante de física deseja criar um feixe de luz que consiste de raios paralelos. Qual dos seguintes arranjos permitirá a ele executar essa tarefa?

  1. Uma lâmpada localizada no ponto focal de um espelho convexo.
  2. Uma lâmpada localizada no ponto focal de uma lente divergente.
  3. Uma lâmpada localizada no ponto focal de uma lente convergente.
  4. Uma lâmpada localizada a duas distâncias focais de um espelho côncavo.
  5. Uma lâmpada localizada a duas distâncias focais de uma lente convergente.

Passo 1

Ok, vamos lembrar as regras para os raios de luz que incidem em espelhos esféricos e em lentes delgadas, começando com espelhos esféricos.

No espelho côncavo e no convexo, nós temos de forma geral:

  • O raio que vem paralelo eixo do espelho é refletido de volta “passando pelo foco”. Caso ele passe pelo foco antes de incidir no espelho, ele retorna paralelamente ao eixo.
  • O raio que passa pelo centro de curvatura, ao incidir no espelho, retorna pelo centro de curvatura. Podemos também observar pelo raio que incide no centro do espelho, que é refletido com o mesmo ângulo de incidência.
  • Assim, se colocássemos uma lâmpada em cima do foco de um espelho côncavo, o espelho refletiria vários raios paralelos. Porém, em nenhuma das alternativas nós temos esse caso.

    Se a colocássemos a duas distâncias focais do espelho, ela estaria no centro de curvatura, e os raios não seriam paralelos.

    No caso do espelho convexo, os raios divergem com seu prolongamento passando através do foco.

    Então não teríamos uma forma consistente de obter raios de luz paralelos.

    Passo 2

    Vamos agora ver as lentes delgadas. As regras vão ser bem parecidas.

  • O raio que vem paralelo eixo da lente sai da mesma “passando pelo foco”. Caso ele passe pelo foco antes de incidir na lente, ele passa a ter direção paralela ao eixo.
  • O raio que passar pelo centro da lente não sofre alteração na direção de propagação.

No caso da lente divergente, os raios divergem do foco, com seu prolongamento passando pelo mesmo.

Já para a lente convergente, os raios convergem para o foco.

Então, quando eles passam pelo foco antes de incidir na lente, eles saem paralelamente ao eixo!

Logo, se colocarmos a lâmpada no foco de uma lente convergente, teremos raios luminosos paralelos, o que corresponde à alternativa ( C ) .

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Resposta

Alternativa ( C ) .

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