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UNESP 2001
Nas fotos da prova de nado sincronizado, tiradas com câmaras submersas na piscina, quase sempre aparece apenas a parte do corpo das nadadoras que está sob a água; a parte superior dificilmente se vê. Se essas fotos são tiradas exclusivamente com iluminação natural, isso acontece porque a luz que
a
vem da parte submersa do corpo das nadadoras atinge a câmara, mas a luz que vem de fora da água não atravessa a água, devido à reflexão total.
b
vem da parte submersa do corpo das nadadoras atinge a câmara, mas a luz que vem de fora da água é absorvida pela água.
c
vem da parte do corpo das nadadoras que está fora da água é desviada ao atravessar a água e não converge para a câmara, ao contrário da luz que vem da parte submersa.
d
emerge da câmara ilumina a parte submersa do corpo das nadadoras, mas a parte de fora da água não, devido ao desvio sofrido pela luz na travessia da superfície.
e
emerge da câmara ilumina a parte submersa do corpo das nadadoras, mas a parte de fora da água não é iluminada devido à reflexão total ocorrida na superfície.
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Resposta
C
Resolução
A parte do corpo que permanece fora da água não costuma aparecer nas fotos porque os raios de luz que partem dessa região precisam atravessar a superfície ar-água antes de chegar à câmara submersa. Nessa passagem, eles sofrem refração segundo a lei de Snell \(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\). Como o índice de refração da água (\(n\approx1{,}33\)) é maior que o do ar (\(n\approx1{,}00\)), os raios mudam de direção, espalhando-se (divergindo) dentro da água. Dessa forma, poucos ou nenhum chegam ao objetivo da câmara. Já a luz proveniente da parte submersa das nadadoras não atravessa nenhuma superfície; ela se propaga diretamente na água e alcança a lente sem alterações significativas. Por isso as fotos mostram quase exclusivamente o que está debaixo da água.
Dicas
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Lembre que reflexão total requer que a luz parta do meio mais denso para o menos denso.
Pergunte-se o que acontece com o ângulo do raio ao entrar na água e como isso afeta o caminho até a lente.
A câmara não emite luz; ela apenas capta a que chega até ela.
Erros Comuns
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Acreditar que ocorre reflexão total para a luz que vem do ar (confusão frequente).
Supor que a água absorve toda a luz visível em pequenos trajetos.
Ignorar que a iluminação é natural e imaginar que a câmara emite luz.
Revisão
- Lei de Snell: descreve como um raio muda de direção ao passar entre meios de índices de refração diferentes: \(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\).
- Refração ar → água: ao entrar na água, o raio aproxima-se da normal, diminuindo o ângulo em relação à superfície; isso comprime o campo de visão para quem está submerso.
- Reflexão total: só ocorre quando o raio vai do meio mais denso para o menos denso (água → ar) e o ângulo de incidência supera o crítico. Não se aplica ao caminho ar → água.
- Campo de visão subaquático: todo o hemisfério externo (\(180^{\circ}\)) é condensado num cone de cerca de \(97^{\circ}\) dentro d’água; assim, muitos raios vindos do ar não atingem um observador ou câmara submersos.
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