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O esquema representa a trajetória da luz no interior de certo tipo de espectrofotômetro, utilizado para identificar a concen- tração de substâncias em uma solução. (http://cnc.cj.uc.pt. Adaptado.) Considere que no espelho 5, que é plano, a direção de pro- pagação do raio refletido forme um ângulo de 120º com a direção de propagação do raio incidente. O ângulo θ entre a direção de propagação do raio incidente e a superfície do espelho 5 será

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Alternativa (D) - 30º.
A questão aborda um princípio fundamental da Óptica Geométrica: a reflexão da luz em uma superfície plana, especificamente um espelho plano. Esse fenômeno é crucial para o funcionamento de diversos instrumentos ópticos, como o espectrofotômetro mencionado no enunciado, que utiliza espelhos para guiar e manipular a luz, permitindo análises de concentração de substâncias. Para resolver a questão, é necessário aplicar a Lei da Reflexão e as relações angulares básicas.
Quando um raio de luz incide sobre um espelho plano, ele é refletido seguindo uma regra específica conhecida como a Lei da Reflexão. Esta lei estabelece que:
A normal é perpendicular à superfície do espelho, o que significa que o ângulo entre a normal e a superfície do espelho é de 90º. O ângulo que a questão pede, θ, é o ângulo entre a direção de propagação do raio incidente e a superfície do espelho.
Vamos analisar os dados fornecidos e aplicar os conceitos:
Ângulo entre o raio incidente e o raio refletido: A questão informa que o ângulo entre a direção de propagação do raio refletido e a direção de propagação do raio incidente é de 120º.
Aplicação da Lei da Reflexão: Pela Lei da Reflexão, sabemos que θi = θr.
Cálculo do ângulo θ: O ângulo θ é o ângulo entre o raio incidente e a superfície do espelho.
Análise das alternativas:
| Alternativa | Valor Proposto | Razão da Incorreção / Correção | | :---------- | :------------- | :----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | (A) | 10º | Incorreta. Este valor não se alinha com os cálculos baseados na Lei da Reflexão. | | (B) | 15º | Incorreta. Este valor não se alinha com os cálculos baseados na Lei da Reflexão. Seria correto se o ângulo entre raio incidente e refletido fosse 30º (15+15) e o ângulo com a superfície fosse 75º (90-15). | | (C) | 20º | Incorreta. Este valor não se alinha com os cálculos baseados na Lei da Reflexão. Seria correto se o ângulo entre raio incidente e refletido fosse 40º (20+20) e o ângulo com a superfície fosse 70º (90-20). | | (D) | 30º | Correta. Conforme demonstrado nos cálculos, o ângulo de incidência é 60º (metade de 120º), e o ângulo entre o raio incidente e a superfície do espelho é 90º - 60º = 30º. | | (E) | 40º | Incorreta. Se θ fosse 40º, o ângulo de incidência seria 50º (90º-40º). Isso implicaria que o ângulo entre o raio incidente e o refletido seria 100º (50º+50º), o que contradiz o dado de 120º fornecido na questão. |
A resolução da questão baseia-se na compreensão e aplicação da Lei da Reflexão para espelhos planos e nas relações angulares entre os raios incidente e refletido, a normal à superfície e a própria superfície do espelho. Ao determinar que o ângulo de incidência é de 60º, foi possível calcular o ângulo entre o raio incidente e a superfície do espelho como 30º. Este princípio é fundamental para o design e operação de instrumentos ópticos, como o espectrofotômetro.
Alternativa (D).