Questão 112 — ENEM 2023

Ficha da Questão

• Matérias necessárias: Óptica (difração, comprimento de onda), espectro eletromagnético (faixas do visível e adjacentes), tecnologia (CD, DVD, Blu-ray).
• Nível: Médio — exige conhecer a ordem dos comprimentos de onda do espectro visível (violeta → vermelho), e raciocinar que "menor $\lambda$" = alternativa com violeta (dentre as opções visíveis) ou menos ainda (UV) — mas das alternativas, violeta é a menor.
• Tema/Habilidade BNCC: EM13CNT206 — discutir usos e implicações de tecnologias ópticas, relacionando espectro eletromagnético a armazenamento de dados.
• Gabarito oficial: A

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual cor (ou região espectral) tem o menor comprimento de onda entre as opções, otimizando a densidade de dados em discos ópticos?"
• Palavras-chave ancorais: "menor comprimento de onda", "cavidades cada vez menores", "mais dados na mesma área", "difração como fator limitante".
• Armadilha antecipada: escolher infravermelho achando que tem maior alcance ou "é mais avançado" — mas infravermelho tem $\lambda$ maior que o visível (razão pela qual lasers vermelhos de CD foram superados por azul-violeta de Blu-ray). Outra armadilha: achar que "verde" ou "azul" está no limite ótimo.
• Critério de acerto: dentre as opções, a menor $\lambda$ é o violeta (~380-450 nm); infravermelho é maior que o vermelho (~700-1000 nm).

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

a) Espectro eletromagnético visível (ordem dos comprimentos de onda):

$$\text{Violeta}<\text{Azul}<\text{Verde}<\text{Amarelo}<\text{Laranja}<\text{Vermelho}$$

Valores aproximados ($\lambda$ em nm):

• Violeta: ≈ 380–450 nm
• Azul: ≈ 450–495 nm
• Verde: ≈ 495–570 nm
• Amarelo: ≈ 570–590 nm
• Laranja: ≈ 590–620 nm
• Vermelho: ≈ 620–750 nm
• Infravermelho: ≈ 750 nm – 1 mm (maior que o vermelho)
• Ultravioleta: ≈ 10–380 nm (menor que o violeta, mas não está nas opções)

b) Difração — por que limita a leitura:

Difração é o espalhamento da luz ao passar por um obstáculo com dimensões comparáveis ao $\lambda$. A regra de Rayleigh: um feixe de $\lambda$ não pode "ver" detalhes significativamente menores que $\lambda /2$. Assim, menor $\lambda$ → melhor resolução → cavidades menores possíveis.

c) Evolução tecnológica dos discos ópticos:

| Tecnologia | Cor do laser | $\lambda$ | Capacidade típica |

|---|---|---|---|

| CD | Vermelho-infravermelho | ≈ 780 nm | 700 MB |

| DVD | Vermelho | ≈ 650 nm | 4,7 GB |

| Blu-ray | Azul-violeta | ≈ 405 nm | 25-50 GB |

A progressão tecnológica caminhou para menor $\lambda$ justamente para permitir pits menores e maior densidade de armazenamento.

d) Relação área-dados:

Se o $\lambda$ diminui pela metade, as cavidades podem ser cerca de quatro vezes menores em área (proporção quadrática), aumentando drasticamente a capacidade na mesma superfície.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• "menores cavidades → mais dados" → procura-se tecnologia que permita cavidades pequenas.
• "efeito de difração quando a luz atravessa obstáculo com dimensões da ordem de $\lambda$" → cavidades tão pequenas quanto $\lambda$ começam a difratar → leitura falha.
• "laser com menor $\lambda$ permite ler/armazenar em cavidades menores" → confirma a física: menor $\lambda$ → melhor resolução.

A pergunta pede a região espectral que otimiza o armazenamento → menor $\lambda$ entre as opções.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Conectar capacidade de armazenamento a $\lambda$.

$$\text{Capacidade}\uparrow \iff \text{tamanho dos pits}\downarrow \iff \lambda \downarrow$$

(menor $\lambda$ → menor limite de difração → cavidades menores → mais pits na mesma área).

Subpasso 4.2 — Ordenar as alternativas por $\lambda$ crescente.

$$\text{Violeta (A)}<\text{Azul (B)}<\text{Verde (C)}<\text{Vermelho (D)}<\text{Infravermelho (E)}$$

Subpasso 4.3 — Escolher o menor $\lambda$.

A menor $\lambda$ é a do violeta (alternativa A). É justamente a região usada em Blu-ray (laser a ≈ 405 nm).

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Violeta. ✅ Correta. $\lambda \approx 380$–$450$ nm — a menor dentre as opções. Corresponde à tecnologia Blu-ray (laser em 405 nm), que multiplica a capacidade de DVDs justamente por essa menor $\lambda$.

B) Azul. ❌ Incorreta. $\lambda \approx 450$–$495$ nm. É menor que verde/vermelho/IR, mas maior que violeta. Não é a mínima das opções.

C) Verde. ❌ Incorreta. $\lambda \approx 495$–$570$ nm. Intermediário; maior que violeta e azul.

D) Vermelho. ❌ Incorreta. $\lambda \approx 620$–$750$ nm. Usado em DVDs (650 nm) e CDs (780 nm). Pior que violeta para densidade de dados.

E) Infravermelho. ❌ Incorreta. $\lambda >750$ nm, além do visível vermelho. Maior $\lambda$ entre todas — limita ao máximo a densidade; pior opção possível. Armadilha clássica: "infravermelho = alta tecnologia" → falso, o que vale é comprimento de onda menor.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação: Alternativa A — laser violeta, com $\lambda \approx 405$ nm (Blu-ray), permite as menores cavidades legíveis e, portanto, a maior densidade de armazenamento.
• Padrão de cobrança ENEM: ordenar o espectro visível é conhecimento obrigatório. Regra mnemônica: "Violência Aumenta Visivelmente — violeta, azul, verde, amarelo, laranja, vermelho" em ordem crescente de $\lambda$. Infravermelho fica além do vermelho (IV maior); UV fica antes do violeta (UV menor).
• Generalização: sempre que o problema pedir maior resolução óptica, escolha o menor $\lambda$ disponível. Inverte para problemas de alcance (onde maior $\lambda$ penetra mais, por exemplo em ondas de rádio AM vs FM).
• Dica de eliminação: elimine IV e vermelho imediatamente em questões de "maior resolução". Entre azul e violeta, violeta sempre vence. Se houver UV na opção, UV > violeta em resolução.
• Conexões: mesmo princípio em microscopia óptica (limite de Abbe = $\lambda /(2NA)$), em fotolitografia de chips (EUV lithography usa $\lambda \approx 13.5$ nm para produzir transistores de 3 nm), em espectroscopia e em raios X para cristalografia.