Questão 115 do Enem 2022 PPL: a condição para a luz ficar presa na fibra óptica

Enem 2022 PPL · 2º dia · caderno azul · Física · Óptica

Nos outros cadernos: amarelo 93 · cinza 110 · rosa 98

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E 90° e n₂ < n₁.

Na área de comunicações, a demanda por grande volume de dados exige uma transmissão em alta frequência. Uma inovação nesse sentido foi o desenvolvimento da fibra óptica, que faz uso da luz como portadora de sinais. A fibra óptica é um meio de propagação da luz formada por duas camadas de vidro, com índices de refração diferentes. Considere que a camada externa da fibra apresente índice de refração n₂, e a camada interna, índice de refração n₁, como ilustrado na figura.

Esquema da fibra: camada externa com índice n2 por cima, camada interna com índice n1 embaixo, e um raio de luz incidente subindo de dentro da camada interna em direção à externa

O objetivo dessa diferença é obter a condição de reflexão interna total do sinal óptico que se encontre na camada interna, de forma que ele se propague por toda a extensão da fibra.

A tecnologia envolvida na confecção das fibras ópticas deve garantir que o ângulo de refração e a relação entre n₁ e n₂ sejam, respectivamente,

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

O ângulo de refração e a relação entre os índices que garantem a reflexão interna total na fibra.

Condição 1: do mais refringente para o menos

A reflexão total só acontece quando a luz vai de um meio de índice maior para um de índice menor. A luz está na camada interna (n₁) e incide na externa (n₂), então é preciso:

n_2 < n_1

Condição 2: o ângulo limite

Aumentando o ângulo de incidência, o raio refratado se afasta da normal até ficar rasante à superfície: ângulo de refração de 90°. Esse é o ângulo limite. Acima dele, não há mais refração: toda a luz é refletida e segue presa na fibra.

n_1 \,\text{sen}\,L = n_2 \,\text{sen}\,90°

Alternativa E.

E Gabarito: alternativa E

Por que as outras alternativas estão erradas

A
Foi a mais marcada. Acerta a relação entre os índices, mas o ângulo de refração no limite da reflexão total é de 90° (o raio refratado "rasante"), e não de 45°. (30,4% marcaram)
B
Ângulo de refração nulo significa que o raio passa direto, sem desvio: ele sairia da camada interna. E com n₂ > n₁ não existe reflexão total. (13,3% marcaram)
C
Também com refração nula o raio atravessaria a interface, em vez de ser refletido. (15,8% marcaram)
D
Foi a segunda mais marcada. Acerta o ângulo, mas com n₂ > n₁ a luz iria para um meio mais refringente, e nesse caso nunca ocorre reflexão total. (22,7% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 2.087 candidatos que fizeram a prova.

Esta aplicação teve poucos candidatos, então as porcentagens oscilam mais do que na prova regular.

Dificuldade pela TRIDifícilParâmetro B: 753 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 2ª mais difícil de 45 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.

Acertaram17,6%dos candidatos marcaram a E

Habilidade 1 · Competência 1Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ou oscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos.

Como os candidatos responderam

A30,4% mais marcada
B13,3%
C15,8%
D22,7%
E17,6% ✓ gabarito

Em branco: 0,2% · Mais de uma marcada: 0%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza

abaixo de 50015,9%
500 a 60019,3%
600 a 70014,6%
700 ou mais46,9%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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