Questão 107 — ENEM 2022 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Óptica Geométrica; Refração da Luz; Lei de Snell-Descartes
• ⚡ Nível: Médio — não exige nenhum cálculo, mas cobra raciocínio espacial preciso sobre duas refrações sucessivas e simétricas.
• 🎯 Tema/Habilidade: Comportamento da luz ao mudar de meio (refração) e leitura de representação esquemática de um fenômeno físico.
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre cinco diagramas, qual mostra corretamente o caminho do laser ao entrar na janela de vidro — mais denso que o ar — e ao sair dela?"
• Palavras-chave decisivas: obliquamente, índice de refração maior, atravessa
• Armadilha típica: inverter a regra do desvio (imaginar que o raio se afasta da normal ao entrar no meio mais denso) ou esquecer que existem DUAS refrações — uma na entrada, outra na saída — e não apenas uma.
• O que a resposta precisa demonstrar: domínio qualitativo da Lei de Snell-Descartes aplicada nas duas interfaces do vidro e reconhecimento do deslocamento lateral característico de uma lâmina de faces paralelas.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Refração: desvio na direção de propagação da luz ao mudar de meio, causado pela variação da velocidade de propagação da onda; só é perceptível quando a incidência não é perpendicular à superfície.
• Lei de Snell-Descartes: n₁ · sen θ₁ = n₂ · sen θ₂, em que θ é sempre medido a partir da normal (reta perpendicular à superfície no ponto de incidência), jamais a partir da própria superfície.
• Entrando em meio mais refringente (n maior): o ângulo diminui — o raio se aproxima da normal.
• Entrando em meio menos refringente (n menor): o ângulo aumenta — o raio se afasta da normal.
• Lâmina de faces paralelas: como as duas superfícies do vidro são paralelas entre si, o ângulo de saída acaba sendo igual ao ângulo de entrada — o raio emergente é paralelo ao incidente, porém deslocado lateralmente por causa do trecho percorrido dentro do vidro em outro ângulo.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "índice de refração é maior do que o do ar" → o vidro é opticamente mais denso; na entrada, o raio necessariamente se aproxima da normal.
• Evidência 2: "incide obliquamente" → o ângulo de incidência é diferente de zero, então a refração produz um desvio visível (em incidência perpendicular não haveria desvio nenhum).
• Evidência 3: "linhas pontilhadas para demonstrar a trajetória que o feixe teria, caso não sofresse refração" → essa linha funciona como referência para enxergar tanto o ângulo de desvio quanto o deslocamento lateral entre o raio real e o raio "fantasma" sem refração.
• Síntese: a alternativa correta precisa mostrar as duas refrações — entrada aproximando da normal, saída afastando na mesma proporção — e, como consequência geométrica inevitável, um raio final paralelo à linha pontilhada, mas deslocado dela.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Entrada do feixe no vidro (ar → vidro)

Ao incidir obliquamente na primeira face da janela, o raio passa de um meio menos denso (ar, n₁) para um meio mais denso (vidro, n₂ > n₁). Pela Lei de Snell, n₁ · sen θ₁ = n₂ · sen θ₂. Como n₂ > n₁, tem-se sen θ₂ < sen θ₁, ou seja, θ₂ < θ₁: o raio se aproxima da normal assim que entra no vidro e "abandona" a linha pontilhada nesse exato ponto, passando a seguir um caminho mais próximo da perpendicular à superfície.

Subpasso 4.2 — Travessia e saída do feixe (vidro → ar)

Dentro do vidro, o raio segue em linha reta — o meio é homogêneo — até encontrar a face oposta. Como as duas faces da janela são paralelas entre si, o ângulo que o raio forma com a normal dessa segunda face é igual a θ₂. Na saída, o raio passa do vidro (mais denso) para o ar (menos denso): n₂ · sen θ₂ = n₁ · sen θ₃. Substituindo a relação obtida no Subpasso 4.1, chega-se a θ₃ = θ₁: o raio se afasta da normal e retoma exatamente o ângulo original em relação à sua direção de propagação.

Subpasso 4.3 — Verificação: por que existe deslocamento lateral

Se o ângulo final é igual ao inicial, o raio emergente é paralelo ao incidente, mas não está sobre a mesma reta. Enquanto percorreu a espessura do vidro em um ângulo mais fechado (θ₂ < θ₁), o feixe "cortou caminho" e saiu deslocado lateralmente em relação à linha pontilhada. Esse desvio lateral pode até ser calculado por Δ = e · sen(θ₁ − θ₂) / cos θ₂, sendo e a espessura do vidro, mas para resolver a questão basta reconhecer o padrão: entra aproximando da normal, sai afastando na mesma medida, e o resultado final é uma reta paralela à pontilhada — só que deslocada dela. Esse é exatamente o comportamento descrito na alternativa A.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) O feixe se aproxima da normal ao entrar no vidro, segue reto internamente nesse novo ângulo e se afasta da normal ao sair, emergindo paralelo ao raio incidente, porém deslocado lateralmente em relação à linha pontilhada.

✅ Correta: reproduz com fidelidade as duas refrações previstas pela Lei de Snell-Descartes — aproximação na entrada, afastamento na saída — e o deslocamento lateral inevitável em uma lâmina de faces paralelas.

B) O feixe se afasta da normal já ao entrar no vidro.

❌ Incorreta: inverte a regra fundamental da refração. Ao entrar em um meio opticamente mais denso (n maior), o raio sempre se aproxima da normal; afastar-se seria o comportamento esperado ao entrar em um meio menos denso, o que não é o caso do vidro em relação ao ar.

C) O feixe atravessa o vidro sem qualquer desvio, seguindo sobre a própria linha pontilhada do início ao fim.

❌ Incorreta: ignora a existência da refração. Como a incidência é oblíqua e os índices de refração do ar e do vidro são diferentes, há obrigatoriamente desvio na direção de propagação; uma trajetória reta sem desvio só ocorreria em incidência perpendicular à superfície, situação que o enunciado descarta explicitamente.

D) O feixe se aproxima da normal corretamente ao entrar, mas não se afasta dela ao sair, mantendo o mesmo ângulo também na segunda face.

❌ Incorreta: desconsidera a segunda refração (vidro → ar). Como as faces da janela são paralelas, o raio emergente precisa necessariamente retomar o ângulo original; sair com o mesmo ângulo em que viajava dentro do vidro produz uma trajetória final que não é paralela ao raio incidente, contrariando a simetria da lâmina.

E) O feixe sofre as duas refrações corretamente — aproxima na entrada, afasta na saída —, mas emerge exatamente sobre a linha pontilhada, sem deslocamento lateral algum.

❌ Incorreta: ignora que, ao percorrer a espessura do vidro em um ângulo diferente do incidente, o feixe necessariamente se desloca lateralmente. Só haveria coincidência com a pontilhada se a espessura do vidro fosse nula ou a incidência fosse perpendicular — nenhuma das duas hipóteses corresponde ao enunciado.

🏆 Gabarito: A — é a única representação que aplica corretamente a Lei de Snell-Descartes nas duas interfaces do vidro (aproximação da normal na entrada, afastamento na saída) e mostra a consequência geometricamente inevitável dessa dupla refração: um feixe emergente paralelo ao incidente, porém deslocado lateralmente em relação à trajetória sem desvio.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: A é a única alternativa que respeita, ao mesmo tempo, as duas aplicações da Lei de Snell (entrada e saída) e a geometria de faces paralelas, que exige um raio emergente paralelo ao incidente e deslocado lateralmente dele.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma testar refração de forma qualitativa — pede para reconhecer a direção do desvio (aproxima ou afasta da normal) em vez de calcular ângulos — geralmente em contextos de lentes, prismas, lâminas de vidro, miragens e fibras ópticas.
• Generalização: grave a regra de ouro da refração: ao entrar em um meio mais denso (maior n), o raio se aproxima da normal; ao entrar em um meio menos denso (menor n), o raio se afasta dela. Essa regra resolve praticamente qualquer questão qualitativa de óptica geométrica.
• Dica de eliminação rápida: observe primeiro apenas o que acontece na entrada do raio no vidro. Se a alternativa mostrar o raio se afastando da normal nesse ponto, elimine-a de imediato, sem nem precisar analisar a saída ou o deslocamento lateral.
• Conexões: reflexão total interna e fibras ópticas; formação de miragens; refração em lentes convergentes e divergentes.