P1 Física IV 2000 2 ET1

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Física IV - 1a PROVA – ET1 – 06/10/2000 
INSTITUTO DE FÍSICA
Universidade Federal do Rio de Janeiro
ATENÇÃO: Para cada ítem, justifique sua resposta.
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1a Questão: (2,0 pontos)
Uma partícula, de massa M e área transversal A0 = 2,5( 10-6 m2, encontra-se em repouso próximo a superfície da Terra, devido à pressão de radiação exercida sobre ela por um feixe de raio laser vertical, de potência P = 5 kW. A composição química dessa partícula é tal que, da intensidade incidente I0, ela absorve completamente 15%, reflete completamente 25 %, e transmite o restante. Determine:
a intensidade I0 da radiação incidente sobre a partícula;
a pressão de radiação pr exercida sobre a partícula; 
a massa M ( em gramas) da partícula; 
o valor da área A1 que deveria ter essa partícula para que a pressão de radiação exercida pelo raio laser provoque sobre ela um movimento acelerado na vertical, com uma aceleração de módulo a = 2 m/s2.
DADOS: c = E/B = 3(108 m/s; (0 = 4( ( 10-7 H/m; I = (E02 / 2c(0) W/m2.
2ª Questão: (3,0 pontos)
(( = 550 nm) não polarizada incide sobre a superfície de um aquário totalmente cheio d’água (na = 1,35), conforme mostra a figura abaixo. O ângulo de incidência (I é igual ao ângulo de Brewster, ou seja, o raio refletido r1 nessa superfície encontra-se polarisado. O raio luminoso refratado r2 sofre uma reflexão na superfície inferior de vidro (nv = 1,53) do aquário, e uma refração na superfície superior da água (ver figura). A espessura da camada d’água é D = 15 cm. Determine:
o valor do ângulo de incidência (I;
o valor do ângulo de refração (r;
o numero N de comprimentos de onda contido dentro da camada d’água D;
o tipo de interferência ocorrendo entre os raios r1 e r2 para um observador situado na direção desses raios.
 3ª Questão: (3,0 pontos)
Radiação eletromagnética de comprimento de onda ( = 200 nm se propagando no ar, incide perpendicularmente sobre um plano contendo duas fendas idênticas. A razão R entre a separação d e a largura a é R = d / a = 7/2. Uma figura de difração é observada sobre um anteparo distante do plano das fendas. O máximo central de difração extende-se até o ângulo ( = 9,21(, e a intensidade observada no anteparo para ( = 0 é I0 = 3 W/cm2. Determine:
o valor da largura a das fendas;
o valor do espaçamento d entre elas;
o valor do ângulo ( para o segundo mínimo secundário (m = 2) da figura de difração;
o número de franjas completas observadas dentro do máximo principal de difração; 
a intensidade observada no anteparo para ( = 28(.
DADOS: I = I0 ( cos2(() ( [sen( /(]2; (=((/() a sen((); ( =((/() d sen(().
4ª Questão: (2,0 pontos)
Um observador na Terra, munido de uma luneta astronômica de diâmetro d = 50 cm, procura identificar estruturas geológicas na superfície do planeta Júpiter, a uma distância da Terra D = 6,3(108 Km. A luneta contém três filtros óticos que, agindo separadamente, permitem observar luz de comprimentos de onda (1 = 680 nm (vermelho), (2 = 570 nm (amarelo), e (3 = 410 nm (azul). Determine:
o poder de resolução (R da luneta astronômica, quando equipada com cada um dos três filtros óticos acima especificados;
a menor distância L entre duas estruturas geológicas na superfície do planeta Júpiter, para que elas possam ser distinguidas pelo observador na Terra, quando a luneta estiver equipada com o filtro ótico amarelo;
(I
D
(r
r2
r1
ro