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Exercícios sobre fibra óptica

Exercícios de Física

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre as fibras ópticas, tubos mais finos que um fio de cabelo que conduzem luz. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
questão 1

Marque V para verdadeiro e F para falso nas afirmações a seguir:

( ) A capacidade de transporte de informações das fibras ópticas é a mesma que a dos cabos metálicos. Todavia, a fibra óptica é mais leve e flexível, o que a torna mais eficiente.

( ) O índice de refração do núcleo da fibra deve ser maior que p índice da casca que a envolve.

( ) As fibras ópticas funcionam por meio do princípio da reflexão total da luz.

( ) A desvantagem das fibras ópticas é a interferência sofrida na presença de campos magnéticos.

( ) As fibras ópticas ainda não são amplamente utilizadas no cotidiano das pessoas por causa de seu alto preço de fabricação.

questão 2

(Fuvest) Uma fibra ótica é um guia de luz, flexível e transparente, cilíndrico, feito de sílica ou polímero, de diâmetro não muito maior que o de um fio de cabelo, usado para transmitir sinais luminosos a grandes distâncias, com baixas perdas de intensidade. A fibra ótica é constituída de um núcleo, por onde a luz se propaga, e de um revestimento, como esquematizado na figura acima (corte longitudinal). Sendo o índice de refração do núcleo 1,60 e o do revestimento, 1,45, o menor valor do ângulo de incidência θ do feixe luminoso, para que toda a luz incidente permaneça no núcleo, é, aproximadamente,

a) 45º

b) 50º

c) 55º

d) 60º

e) 65º

questão 3

O comprimento de onda para a luz monocromática verde que se propaga no ar é de 500 nm. Determine o seu comprimento de onda quando se propaga em uma fibra óptica com índice de refração igual a 2.

Dados: Velocidade da luz no vácuo: c = 3 x 108 m/s; 1 nm = 1 x 10 – 9 m

a) 250 nm

b) 150 nm

c) 200 nm

d) 350 nm

e) 500 nm

questão 4

Uma fibra óptica é um tubo estreito e maciço, tendo basicamente um núcleo e uma casca constituídos de dois tipos de vidro (ou plástico) com índices de refração diferentes. A luz que penetra por uma extremidade da fibra, por meio do núcleo, sofre múltiplas reflexões totais na superfície lateral que separa o núcleo da casca até sair pela outra extremidade. A figura a seguir representa um raio de luz que penetra a fibra, proveniente do ar, emergindo na extremidade oposta.

Sendo nA, nN e nC os índices de refração do ar, do núcleo e da casca, respectivamente, a relação correta é:

a) nA > nC > nN

b) nA > nC = nN

c) nA < nC < nN

d) nA < nC = nN

e) nA = nC = nN

respostas
Questão 1

F, V, V, F, F

  • FALSA: A capacidade de transporte das fibras ópticas é infinitamente superior à capacidade dos cabos metálicos.

  • VERDADEIRA.

  • VERDADEIRA.

  • FALSA: Não há interferência magnética sobre a luz, logo, as fibras ópticas não sofrem interferência de campos magnéticos.

  • FALSA: As fibras ópticas são largamente utilizadas em nosso cotidiano. A produção geralmente é feita com sílica, material mais abundante que os metais e que possui baixo preço.

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Questão 2

LETRA “E”

A luz incidente permanecerá no núcleo se ocorrer o fenômeno da reflexão interna total. O seno do ângulo limite (L), ângulo a partir do qual ocorre reflexão total, é dado pela razão do menor pelo maior índice de refração:

sen L = NMENOR ÷ NMAIOR

sen L = 1,45 ÷ 1,60

sen L ≈ 0,91

A partir da tabela de senos e cossenos, temos que:

L = 65°

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Questão 3

LETRA “A”

A velocidade de propagação de uma onda é dada pelo produto do comprimento de onda e a frequência da onda. Sendo assim, podemos determinar a frequência da luz monocromática verde ao se propagar no ar.

c = λ. f

3 x 108 = 500 x 10 – 9 . f

F = 3 x 108 ÷ 500 x 10 – 9 = 3 x 108 ÷ 5 x 10 – 7

f = 6 x 10 14 Hz

A partir da definição de índice de refração e da equação da velocidade da luz, podemos determinar o comprimento de onda da luz monocromática verde ao entrar na fibra. É importante lembrar que na refração não ocorre mudança da frequência das ondas. A partir da definição de índice de refração, temos:

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Questão 4

LETRA “C”

Para ocorrer a reflexão total, é necessário que o índice de refração do núcleo seja maior que o da casca. Sendo assim, nC < nN. A única alternativa que apresenta tal relação é a letra C.

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