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FÍSICA EM EXERCÍCIOS CESPE – PAPILOSCOPISTA DA POLÍCIA FEDERAL PROFESSOR: VINÍCIUS SILVA

Prof. Vinícius Silva www.pontodosconcursos.com.br 1

1. Introdução Olá Futuro PF! Espero que estejam gostando do nosso curso de exercícios de Física. Estamos chegando ao final do curso e esta é a nossa última aula do conteúdo programático constante no edital 2012 do Cespe. A turma continua enviando perguntas muito pertinentes e, na medida do possível, tenho tentado respondê-las. Nas últimas semanas foi complicado acessar o fórum, pois estava em semana de inspeção judicial na Vara da Justiça Federal na qual trabalho. Nesta quarta aula, o nosso conteúdo é um pouco restrito no que concerne à quantidade de questões, e em decorrência disso a aula será menor que as outras. É um assunto que não estudamos no ensino médio, mas percebi que nas questões de concursos, com um pouco de conhecimento de ondulatória, é possível responder quase todas as questões. Trata-se de um assunto muito importante na vida prática dos que assumirem o cargo após a aprovação, pois muitas experiências realizadas em laboratório utilizam os conceitos de fluorescência e fosforescência. Recomendo que você volte na aula de ondulatória (aula 1) e reveja os principais conceitos ali abordados. Os fenômenos ondulatórios como reflexão, refração e dispersão serão de suma importância nesta aula, precisaremos saber todas as características deles. Abaixo segue o conteúdo programático do assunto de espectroscopia da luz previsto no edital para Papiloscopista da PF/2012 (Cespe). Espectroscopia: Espectroscopias de absorção e de emissão molecular (fluorescência). É um assunto curto, mas de pouco conhecimento de todos. Portanto, temos de tomar cuidado que esse assunto pode ser o diferencial para a sua aprovação. As fórmulas e conceitos são um pouco abstratos e muito mais teóricos do que práticos, demandando do candidato a uma vaga na PF um esforço um pouco maior. Mãos à obra.



2. QUESTÕES COMENTADAS 1. (CESPE – PAPILOSCOPISTA – PC-PA – 2006) A luz forense compreende a radiação ultravioleta (UV) com comprimentos de onda entre 200nm e 400nm. Considerando que um comprimento de onda de 500nm corresponde à luz de cor verde, é correto afirmar que a luz forense citada possui uma freqüência que A) é 4 vezes maior que a freqüência característica da luz verde. B) é 20% maior que a freqüência da luz verde. C) é de 1,25 a 2,5 vezes maior que a freqüência da luz verde. D) está entre 40% e 80% do valor da freqüência da luz verde. Resposta: Item C A questão versa sobre um instrumento de trabalho de você, futuro Papiloscopista. Estamos falando da luz forense, na verdade esse nome é dado apenas pelo fato de ela ser utilizada em investigações policiais que integram um inquérito policial, que é uma peça de investigação que ajuda a elucidar um caso concreto de um crime.

Prezado Aderbal, vamos entender os detalhes dessa luz apenas do ponto de vista da Física envolvida. Em verdade, podemos afirmar que essa luz é uma radiação ultravioleta que possui comprimentos de onda entre 200nm e 400nm.

200 400LUZ FORENSEnm nmλ≤ ≤

Dado o comprimento de onda, podemos facilmente encontrar o valor da frequência dessa luz, basta que apliquemos a famosa EFO, lembrem-se do que eu falei na introdução acerca do conhecimento de ondulatória nesta aula, ele é muito importante.

V fλ= ⋅

Professor, mas o que essa tal “luz forense” tem de tão especial?



Aplicando a EFO para descobrir o intervalo de freqüências da luz forense, lembrando sempre que a velocidade da onda será a mesma velocidade da luz no vácuo (3,0 × 108m/s):

8

9

14

8

9

14

3,0 10

400 10

7,5 10

3,0 10

200 10

15 10

c f

cf

f

f Hz

e

f

f Hz

λ

λ

−

−

= ⋅

=

⋅=

⋅

= ⋅

⋅=

⋅

= ⋅

Portanto a frequência da luz forense estará entre os valores:

14 147,5 10 15 10LUZ FORENSEHz f Hz⋅ ≤ ≤ ⋅

Para responder à questão, resta-nos calcular a frequência da luz verde a qual tem para comprimento de onda o valor de 500nm.

8

9

14

3,0 10

500 10

6,0 10LUZ VERDE

c f

cf

f

f Hz

λ

λ

−

= ⋅

=

⋅=

⋅

= ⋅

Portanto, fazendo a divisão dos valores máximo e mínimo da frequência da luz forense pelo valor da frequência da luz verde:

14 14

14 14

7,5 10 15 10

6,0 10 6,0 10

1,25 2,5

LUZ FORENSE

LUZ FORENSE

Hz Hzf

Hz Hz

f

⋅ ⋅≤ ≤

⋅ ⋅

≤ ≤



Logo, a frequência da luz forense está entre 1,25 e 2,5 vezes o valor da frequência da luz verde.

Exatamente Aderbal, a ondulatória é a base para o entendimento desta aula, você verá ainda muita coisa da aula 1 sendo tratada novamente nesta aula. 2. (CESPE – PILÍCIA CIVIL – ES – 2005) Algumas substâncias, quando sujeitas à radiação ultravioleta, emitem luz visível. Os átomos destas substâncias absorvem a radiação ultravioleta, invisível para o olho humano, e irradiam radiação visível. Quando as espécies excitadas com fótons de energia E* relaxam para estados de mais baixa energia, perdem, nesse processo, uma energia “E” e liberam o restante da energia na forma de fótons de energia hν < E*. Quando essa relaxação ocorre em tempos inferiores a 10-5 segundos, denomina-se fluorescência, enquanto que, em tempos superiores, que podem chegar a minutos ou até horas, denomina-se fosforescência. Devido a essas propriedades, as radiações ultravioletas são utilizadas, freqüentemente, na análise de impressões digitais em perícias criminais e na detecção de fraudes em notas ou bilhetes.

Com base no texto acima e considerando o espectro eletromagnético, julgue os itens a seguir.

2.1 O comprimento de onda da radiação emitida na fluorescência é sempre menor que o comprimento de onda da radiação absorvida que promoveu a fluorescência. Item incorreto. A diferença básica entre a fluorescência e a fosforescência está no tempo que leva para o relaxamento dos fótons de energia. De acordo com o texto, quando uma substância é iluminada pela luz forense, há uma emissão de luz visível nesse processo e, de acordo com o tempo entre a absorção e a emissão, poderemos ter uma situação de fluorescência ou fosforescência. Exemplo comum e muito prático desses fenômenos, você pode observar nos ponteiros de um relógio, que brilham quando apagamos as luzes. Você já deve ter notado isso, observe na figura abaixo os ponteiros de um relógio quando a luz incidente é retirada (luz apagada).

Professor, pelo que notei dessa resolução, é necessário estar com os conceitos de ondulatória bem sedimentados na mente.



Fonte: seliganaquimicacefet.blogspot.com

Na figura acima, você pode notar que os ponteiros do relógio e as indicações dos números correspondentes estão iluminados. Isso ocorre quando você retira a luz que ilumina a substância de que são feitos esses dispositivos, eles são feitos de substâncias fosforescentes como o sulfeto de zinco. Assim, quando retiramos a luminosidade, deixamos de fornecer energia luminosa aos elétrons presentes naquela substância, que aos poucos vão retornando às suas camadas eletrônicas iniciais, fazendo-os brilhar.

Sim Aderbal, nessa situação trazida por você, as roupas brancas brilham por conta da iluminação da “luz negra”, que nada mais é que luz ultravioleta, ou luz forense. Naquela situação as roupas adquirem a coloração azulada geralmente em virtude dos alvejantes que utilizamos para lavar roupa que absorvem a luz UV e emitem aquela luz azulada. Voltando ao item em análise, lembrando que a frequência e o comprimento de onda são inversamente proporcionais de acordo com a EFO, poderíamos reescrever a frase nos seguintes termos: “A frequência da radiação emitida na fluorescência é sempre maior que a frequência da radiação absorvida que promoveu a fluorescência”.

Professor, e quando estou em uma discoteca e minha camisa branca parece estar azulada, é também um exemplo desses fenômenos?



O que fizemos foi trocar comprimento de onda por frequência, baseado no fato de que são grandezas inversamente proporcionais. Isso nos ajudará, pois no texto afirma-se que a luz incidente não é perceptível ao olho humano, enquanto que a luz emitida é perceptível. Do gráfico abaixo (espectro da luz) podemos observar que a frequência da luz incidente (UV) é maior que a frequência da luz visível. Veja.

Portanto, a frequência da luz emitida (visível) é sempre menor que a frequência da luz absorvida (UV). Ou ainda, o comprimento de onda da luz emitida é sempre maior que o comprimento de onda da luz absorvida. O que foi mostrado acima foi primeiramente provado por Stokes, em 1852 e ficou conhecido como lei de Stokes. Assim, provamos que o item está incorreto.

2.2 Na fluorescência por absorção de luz ultravioleta, ocorre emissão de fóton com comprimento de onda inferior a 1,0 Å. Item incorreto. Os fótons emitidos na fluorescência possuem energia menor que a da luz incidente, podemos afirmar que o comprimento de onda será maior, uma vez que são grandezas inversamente proporcionais. Veja. A fórmula abaixo relaciona a energia de um fóton e a sua frequência.

E h f= ⋅ Onde h é a constante de Planck (6,62 × 10-34Js) e f é a frequência da luz.



Podemos usar a EFO, e descobrir um desdobramento desta fórmula, veja:

,

cE h f e f

então

h cE

λ

λ

= ⋅ =

⋅=

Logo, a energia é inversamente proporcional ao comprimento de onda, o que nos permite afirmar que o comprimento de onda dos fótons de luz é maior que o comprimento de onda da luz ultravioleta.

Querido Aderbal, o comprimento de onda da luz UV é da ordem de 15nm ou 15 × 10-9m ou, transformando para Å, teríamos: λLUZ UV = 150 × 10-10m. Portanto, podemos afirmar que:

10

0

150 10

150

Fótons

Fótons

m

A

λ

λ

−> ⋅

>

2.3 De acordo com o texto, a maior diferença entre os conceitos fluorescência e fosforescência está relacionada ao tempo entre a absorção da energia e a emissão do fóton. Item correto. Esse item fica fácil se prestarmos atenção no texto. É realmente isso que é afirmado. Veja. “Quando as espécies excitadas com fótons de energia E* relaxam para estados de mais baixa energia, perdem, nesse processo, uma energia “E” e liberam o restante da energia na forma de fótons de energia hν < E*. Quando essa relaxação ocorre em tempos inferiores a 10-5 segundos, denomina-se

Professor, e quanto vale o comprimento de onda da luz UV ?



fluorescência, enquanto que, em tempos superiores, que podem chegar a minutos ou até horas, denomina-se fosforescência”. Portanto, a diferença, de acordo com o texto, primordial entre a fosforescência e a fluorescência está no fato de que o “relaxamento” para estados de mais baixa energia ocorre em um tempo muito curto para o caso da fluorescência, enquanto que na fosforescência esse evento ocorre mais lentamente.

3. (CESPE – PAPILOSCOPISTA – PC-PA – 2006) Uma avaliação detalhada de impressão papilar requer a ampliação fotográfica. Utilizam-se, freqüentemente, lupas ou microscópios que, normalmente, captam a luz refletida pelo objeto sob investigação. A interação da luz com o material investigado é o princípio dos métodos ópticos de investigação. Acerca dos fenômenos ópticos que subsidiam a investigação, julgue os itens abaixo.

3.1 A luz pode ser entendida como onda eletromagnética e como partícula. O fenômeno da difração, que explica o funcionamento da lente de uma lupa feita com lente bicôncava, é uma demonstração do seu comportamento corpuscular. Item incorreto. O item acima versa sobre a natureza da luz, que ora pode ser considerada como uma partícula, ora pode ser considerada como onda. Existem fenômenos físicos que acontecem com a luz que só podem ser explicados caso adotemos a teoria corpuscular da luz, enquanto que outros fenômenos só são devidamente entendidos caso façamos uso da teoria ondulatória da luz. Abaixo seguem alguns fenômenos que acontecem com a luz e podem ser explicados pela teoria corpuscular da luz, a qual afirma que a luz é composta por pacotes de energia denominados fótons.

� Reflexão � Efeito fotoelétrico

A reflexão, por exemplo, pode ser explicada tanto pela teoria corpuscular, imaginando que a luz é composta por inúmeros corpúsculos dotados de energia (fótons) que ao incidir em um espelho plano são rebatidos com a mesma velocidade como se estivessem sofrendo uma colisão elástica. Nada impede, contudo, que a reflexão seja explicada por meio da teoria ondulatória. O problema começa a ocorrer quando alguns fenômenos não podem ser explicados por uma teoria ou outra. É o caso do efeito fotoelétrico, o qual só pode ser explicado em sua plenitude se adotarmos o modelo corpuscular, não servindo para seu entendimento pleno o modelo ondulatório.



Abaixo seguem alguns fenômenos que usam a teoria ondulatória para a explicação.

� Difração � Interferência

O modelo ondulatório foi defendido ardentemente pelo físico holandês Christian Huygens e foi confirmado por meio da famosa experiência de fenda dupla de Thomas Young, na qual podemos notar a natureza ondulatória e não corpuscular da luz. A experiência consistia em fazer incidir luz monocromática sobre um anteparo que possuía duas fendas e após observar o resultado da interferência em um anteparo fixo. De acordo com a teoria corpuscular alguns pacotes de energia passariam pelas fendas e uma certa região do anteparo estaria iluminada. Entretanto, não foi isso que aconteceu em 1801 quando se observou pela primeira vez a experiência de interferência em fenda dupla. Veja.

Fonte: ventosdouniverso.blogspot.com

De acordo com o modelo corpuscular o que deveria ter sido observado seria o seguinte:



Fonte: on.br/site_edu_dist_2011/pdf/modulo1/1-luz.pdf

Assim, da mesma forma que existem fenômenos que só podem ser explicados pela teoria corpuscular, também existem alguns que só podem ser explicados pela teoria ondulatória. Voltando ao item da questão, ele está incorreto, pois não é o fenômeno da difração que explica a luz passando por uma lente biconvexa formando imagem A luz quando passa por uma lente delgada sofre refração. Observe abaixo o fenômeno.

Fonte: aulete.uol.com.br

3.2 Para que se forme a imagem de um objeto próximo sobre a retina do olho humano normal, é necessário que a distância focal do cristalino seja maior que a distância do cristalino à retina. Item incorreto.



A questão está inserida no assunto de formação de imagens e olho humano. Já falamos sobre a formação das imagens no olho humano. Relembrando, você sabe que a imagem sempre se forma na retina, após sofrer refração no cristalino, que é uma lente natural do corpo humano localizada no globo ocular. A formação da imagem no cristalino deve ser a formação de uma imagem real, pois já foi explicado que a projeção de imagem sobre anteparos (retina) só é possível caso essa imagem seja real e não virtual. Assim, aplicando a equação de Gauss, sabendo que a distância da imagem até a lente (distância da retina ao cristalino) é menor que a distância focal da lente, temos:

1 1'

'

,

1 1 1

'

1,

1 1 1 1 1,' '

10

0

p fp f

mas

f p p

isolandop

comop f p p f

p

p

< ⇒ >

= +

= − >

⇒ <

⇒ <

O que é notadamente um absurdo! Portanto, a distância focal não pode ser maior que a distância da imagem à lente. 3.3 Uma impressão digital formada em um copo de vidro limpo pode ser vista devido à reflexão especular da luz na oleosidade que a pele dos dedos deixa impregnada na superfície do vidro. Item incorreto. A imagem da impressão digital é formada em razão da refração da luz.



É verdade Aderbal, em toda refração parte da luz sofrerá reflexão, contudo na questão acima está sendo afirmado que a imagem da digital estaria sendo formada por uma reflexão especular, como a que ocorre no espelho, e é isso que está incorreto na questão. CUIDADO! Observe abaixo as duas reflexões e as diferenças.

Reflexão especular

Fonte: educar.sc.usp.br

Reflexão por refração

Fonte: portaldoprofessor.mec.gov.br

3.4 A formação de um padrão de cores semelhante a um arco-íris na superfície de um material exposto à luz branca indica a existência de uma fina película cobrindo essa superfície, com espessura da mesma ordem de grandeza do comprimento de onda da luz visível. Item correto.

Professor, mas eu lembro da aula de Óptica Geométrica que o Sr. disse que em toda refração tem uma reflexão.



A situação apresentada trata do fenômeno da interferência em película fina. A interferência em película fina é usada em espelhos retrovisores para evitar a reflexão indesejada, e em lentes anti-reflexo. Elas são recobertas por uma fina camada de sulfeto de magnésio que exerce o papel de película fina. A luz que entra na película sofre reflexão quando passa pela película e quando é refletida no espelho, assim podemos ter dois raios refletidos interferentes. Veja.

Fonte: preciolandia.com

No aparelho celular da direita existe uma película delgada capaz de diminuir a reflexão, por isso a diferença visual entre os dois. Mas essa película também pode gerar um efeito muito agradável aos nossos olhos que é o efeito do arco-íris. Quando temos uma película com espessuras convenientemente escolhidas, podemos ter como efeito da interferência a seguinte figura:

Fonte: facilaprenderfisica.blogspot.com

A espessura da película deve ser da ordem do comprimento de onda da luz. O efeito acima é muito comum também em bolhas de sabão, as quais possuem uma espessura muito pequena.



4. (CESPE – PAPILOSCOPISTA – PC-PA – 2006) A fluorescência é um fenômeno muito útil na visualização de impressões digitais. Produtos fluorescentes, como a Rodamina, por exemplo, permitem a visualização de impressões digitais quando fixadas apropriadamente e quando expostas à luz forense. Acerca do fenômeno de fluorescência e de conceitos correlatos, assinale a opção correta. 4.1 Na fluorescência ocorre emissão de fótons com comprimento de onda menor que o dos fótons usados para excitação do material fluorescente. Item incorreto. Mais uma questão sobre fluorescência. Vamos retomar o conceito de fluorescência. Podemos conceituar a fluorescência como a Luminescência num sistema que absorve energia eletromagnética incidente e a devolve sob a forma de energia luminosa, num intervalo de tempo muito curto, e com o comprimento de onda que lhe é característico. A diferença entre a fluorescência e a fosforescência está no intervalo de tempo, que neste último fenômeno é mais longo. A luz incidente em um material fluorescente é absorvida e excita o sistema a um estado conhecido como singleto, permanecendo ali por um curtíssimo intervalo de tempo (10-5s), conhecido como intervalo de relaxação, quando então decai para um estado mais baixo e deste reduz-se ainda para um outro estado mais baixo ainda. Para que a luz incidente possa ser absorvida, ela deve possuir energia superior a da substância iluminada. Assim, os fótons emitidos possuem energia inferior a da luz incidente. Vamos agora entender como relacionar a energia de um fóton. A fórmula segue abaixo:

E h f= ⋅ Onde h é a constante de Planck (6,62 × 10-34Js) e f é a frequência da luz. Podemos usar a EFO, e descobrir um desdobramento desta fórmula, veja:

,

cE h f e f

então

h cE

λ

λ

= ⋅ =

⋅=



Portanto, como vimos que os fótons emitidos possuem energia menor que a da luz incidente, podemos afirmar que o comprimento de onda será maior, uma vez que são grandezas inversamente proporcionais como podemos observar da relação matemática acima. 4.2 O fenômeno da fluorescência compreende os mecanismos de absorção para um nível de energia alto, relaxação para um nível mais baixo e emissão de luz, a partir deste nível para outro mais baixo. Item correto. Acima, foi descrito exatamente o que acontece na fluorescência. A substância fluorescente absorve uma energia necessária à elevação para um nível alto, após ocorre a relaxação, que em um curtíssimo intervalo de tempo decai para um nível mais baixo e após isso a emissão de luz a partir deste nível para outro mais baixo. 4.3 Em um átomo, a excitação para um nível eletrônico mais alto corresponde à passagem de um elétron para uma órbita mais externa. Essa afirmação pressupõe um modelo atômico do tipo planetário, em que o elétron é considerado como uma onda. Item incorreto. No modelo atômico do tipo planetário, os elétrons podem mudar de órbita quando absorvem ou emitem energia.

Fonte: ricardoprofquimica.blogspot.com

De acordo com a teoria eletromagnética de Maxwell (não precisa se preocupar com esse cara, rsrsrsrsrs), quando uma carga elétrica está em movimento, ela está constantemente irradiando energia eletromagnética.



A teoria de Maxwell (Física Clássica) estaria em desacordo com a estabilidade da camada eletrônica, pois se estivesse correta, o elétron estaria perdendo energia constantemente, o que faria com que ele invariavelmente colidisse com o núcleo do átomo, gerando assim uma instabilidade eterna. O que se observava na prática é que os elétrons de um átomo possuem órbitas bem definidas, o que mais tarde a Química chamou de camadas eletrônicas. Abaixo seguem alguns dos postulados que Bohr utilizou para demonstrar a veracidade de seu modelo atômico.

� Um elétron em um átomo se move em órbita circular ao redor do núcleo sob a influência da atração coulombiana entre o elétron e o núcleo, obedecendo às leis da mecânica clássica.

� Em vez de infinitas órbitas, possíveis na mecânica clássica, um elétron se

move apenas em uma órbita na qual seu movimento angular é múltiplo inteiro de (constante de Planck h = 6,63x10-34 J.s, dividida por 2π).

� A energia total do elétron permanece constante. Isso ocorre porque o

elétron que se move em uma órbita não emite radiação eletromagnética. � É emitida radiação eletromagnética se um elétron, que se move

inicialmente sobre uma órbita de energia total Ei, muda seu movimento descontinuamente de forma a se mover em uma órbita de energia total Ef. A frequência da radiação emitida é igual à quantidade (Ei - Ef) dividida pela constante de Planck h, ou seja:

f iE Ef

h

−=

A natureza da luz para este modelo é dual, ou seja, ora ela é considerada como onda, ora como partícula. Quando os elétrons estão orbitando ao redor do núcleo, ele pode ser considerado como onda, enquanto que quando ele salta para órbitas distintas, ele pode ser considerado como partícula. Assim, podemos afirmar que esse modelo trouxe a nova idéia, a da dualidade partícula-onda. 4.4 Na visualização de impressões digitais com a técnica de fluorescência, pode-se utilizar filtros bloqueadores de UV à frente da fonte de luz forense e óculos protetores feitos com filtros bloqueadores de luz visível.



Item incorreto. É justamente ao contrário. Veja, se colarmos um filtro UV entre a luz forense e o objeto a ser iluminado por ela, vamos acabar por eliminar a responsável pela fluorescência. Vamos relembrar o conceito de fluorescência. “Podemos conceituar a fluorescência como a Luminescência num sistema que absorve energia eletromagnética incidente e a devolve sob a forma de energia luminosa, num intervalo de tempo muito curto, e com o comprimento de onda que lhe é característico. A diferença entre a fluorescência e a fosforescência está no intervalo de tempo, que neste último fenômeno é mais longo”. Essa energia eletromagnética incidente é justamente a luz UV. Portanto, caso haja um filtro UV, estaríamos desprovidos da luz incidente causadora do efeito da fluorescência. No mesmo sentido, se o observador usar óculos bloqueadores de luz visível, ele não vai perceber o efeito da fluorescência, uma vez que é justamente por conta da emissão de fótons que a luz visível é notada pelo observador. Deste modo, sabendo que o principal efeito da fluorescência é a incidência de luz UV sobre uma substância que reflete para o observador a luz visível, podemos afirmar que o item está incorreto, pois o óculos e o filtro acabariam por bloquear qualquer efeito fluorescente. 5. (CESPE – PAPILOSCOPISTA PF – 2004)



A figura acima mostra, esquematicamente, o meio espalhador onde cada ponto (centro espalhador) representa um obstáculo que provoca o espalhamento da luz. Um pulso ultracurto, ao ser injetado no meio espalhador, sofre alargamento temporal devido aos múltiplos espalhamentos. Os raios que seguem, por exemplo, o caminho A, mudam pouco a sua trajetória e rapidamente atravessam o tecido. Os raios que seguem o caminho B ficam presos no tecido por um tempo maior e contribuem para o alargamento do pulso e os que seguem a trajetória C não atravessam o tecido, eles retornam para o meio original por reflexão. Com relação ao texto acima e aos princípios envolvidos na técnica apresentada, julgue os itens subseqüentes.

5.1 A técnica descrita acima baseia-se no fato de que a velocidade de propagação da luz independe do meio no qual se propaga. Item incorreto. Essa questão foi retirada da última prova de Papiloscopista da PF, de 2004. Como foi avisado no início da aula, a principal matéria que tem de estar fixa na cabeça de vocês, para que esse nosso último assunto seja entendido, é a ondulatória Baseado nos conceitos de ondas, explicaremos a maioria dos itens dessa questão. Esse primeiro versa sobre as propriedades das ondas,mais precisamente sobre as grandezas associadas (frequência, velocidade e comprimento de onda). Vamos relembrar que a frequência é uma característica da fonte geradora das ondas, se é uma onda luminosa, a frequência depende apenas na fonte que está gerando aquela luz, dependerá unicamente da vibração eletromagnética causada pela fonte. Já o comprimento de onda e a velocidade são grandezas diretamente proporcionais. Veja.

( tan )V

f cons teλ

↑ ↓=↑ ↓

Mas a velocidade e o comprimento de onda estão ligados ao meio em que a onda se propaga. Vimos durante a aula de ondas que o meio de propagação define a velocidade da onda e consequentemente o seu comprimento.



Um exemplo clássico, inclusive foi dúvida enviada ao fórum, é a velocidade do som, que é uma onda mecânica longitudinal. O som possui velocidade maior em meio sólidos. Com a luz não é diferente, os diferentes comprimentos de onda e velocidades estão ligados diretamente ao meio de propagação. Portanto, o item está incorreto ao afirmar que a velocidade da luz independe do meio de propagação.

5.2 O alargamento do pulso pode estar relacionado com o número de reflexões no meio espalhador. Item correto. Se você prestar bem atenção na figura e no texto, não precisará de muitos conceitos físicos para responder a esse item. Vou retirar do texto alguns pontos importantes. Veja. “...Um pulso ultracurto, ao ser injetado no meio espalhador, sofre alargamento temporal devido aos múltiplos espalhamentos...” O espalhamento citado na figura nada mais é do que o caminho diferente tomado por cada raio de luz quando está passando pelo meio espalhador. O meio chama-se espalhador justamente por isso, pois a luz que tem apenas uma direção passa a se propagar em várias direções devido principalmente às múltiplas reflexões ocorridas. Portanto o alargamento do tempo do pulso transmitido é consequência das reflexões, ou seja quanto maior for o número de reflexões, mais alargado estará o pulso transmitido. Viu como é fácil responder às questões, basta ter um pouco de atenção ao texto e às informações da figura.

5.3 O caráter corpuscular da luz como conceito permite descrever os processos de espalhamento mencionados no texto. Item correto. Já foi dito nas explicações anteriores que a luz pode ser entendida como uma onda ou como partícula, a esse fenômeno foi dado o nome de dualidade partícula-onda. Na situação de espalhamento mostrada na figura da questão, os elétrons são encarados como se partículas fossem.



É como se você jogasse uma porção de bolinhas e elas tivessem que passar por um caminho cheio de obstáculos. Algumas bolinhas sortudas iriam passar pelos obstáculos sem sofrer quaisquer desvios, enquanto que outras passariam por eles desviando-se um pouco. O mais curioso é que algumas bolinhas iriam ser ricocheteadas e voltariam para o lado oposto ao que foram jogadas inicialmente. Esse foi o princípio utilizado por Rutherford no seu modelo atômico, com algumas adaptações, é claro, mas que serve para ilustrar. Veja.

Fonte: brasilescola.com Rutherford conseguiu provar a existência do núcleo atômico com sua experiência e revolucionou a comunidade científica da época formulando um nodo modelo atômico. Portanto, o item acima está correto quando diz que a natureza da luz deve ser corpuscular para a explicação do espalhamento da luz.

5.4 Se o meio espalhador ilustrado na figura não for absorvente, então o número de fótons que atravessam o meio é igual ao número de fótons incidentes. Item incorreto. Cuidado com a pegadinha desse item. O meio espalhador não ser absorvente não vai significar que o número de fótons incidentes é igual ao número de fótons que atravessam o meio.



Lembre-se de que foi dito que alguns fótons de luz sofrem reflexões múltiplas, o que pode acarretar a “volta”, “retorno” deles ao meio incidente. A resposta desse item é bem simples, pois basta um pouco de atenção ao texto para que seja respondido com segurança.

5.5 Se o feixe luminoso incidir obliquamente no meio espalhador, a intensidade da luz que atravessa o meio dependerá do estado de polarização do feixe incidente. Item incorreto. A incidência oblíqua realmente iria influenciar na intensidade da luz que atravessaria o meio espalhador, de acordo com o estado de polarização, caso a luz fosse considerada como onda para esse fenômeno. Vimos acima que a luz é considerada como partícula para o espalhamento de fótons mostrado na figura da questão. Lembre-se de que sempre que você ler a palavra fóton é porque estaremos falando do caráter corpuscular da luz. Portanto, o estado de polarização da luz para essa experiência pouco importa nas consequências de intensidade. Ademais, cumpre ressaltar que esse item foi objeto de recurso quando da divulgação do gabarito preliminar da prova objetiva. Com efeito, a banca apresentou como gabarito preliminar “item correto”. Obviamente o item foi alvo de inúmeros recursos, e a banca acertadamente modificou o gabarito preliminar para “item incorreto” no gabarito denifivo. A justificativa apresentada para a modificação de gabarito foi a seguinte: “ITEM 70 – alterado tendo em vista que, sendo o material não-homogêneo, a intensidade da luz (incidindo obliquamente) que atravessa o meio não dependerá do estado de polarização do feixe incidente como afirma o item”. 5.6 A freqüência da luz retroprojetada é alterada pelas múltiplas reflexões. Item incorreto. Pessoal, mais um item cobrando conceitos básicos de ondulatória. Facilmente respondemos esse item, basta lembrar dos principais fenômenos sofridos pelas ondas.



Um dos fenômenos mais comuns é a reflexão das ondas, presente na reflexão especular (espelhos planos e esféricos). Na reflexão a onda incide em uma região refletora, que “devolve” a onda para o mesmo meio, com as mesmas características da onda incidente. A frequência continua sendo a mesma, uma vez que a fonte de ondas não se modificou com a reflexão. A velocidade, que só depende do meio, conforme visto no item 5.1, desta mesma questão, também não irá sofrer mudanças em decorrência das múltiplas reflexões. Finalmente, o comprimento de onda não sofrerá mudanças, pois velocidades e frequências são as mesmas.

Para refletir:

“...Nunca deixe que lhe digam que não vale a pena acreditar nos sonhos que se têem

ou que os seus planos nunca vão dar certo ou que você nunca vais ser alguém...”

Renato Russo



QUESTÕES COMENTADAS NA AULA 1. (CESPE – PAPILOSCOPISTA – PC-PA – 2006) A luz forense compreende a radiação ultravioleta (UV) com comprimentos de onda entre 200nm e 400nm. Considerando que um comprimento de onda de 500nm corresponde à luz de cor verde, é correto afirmar que a luz forense citada possui uma freqüência que A) é 4 vezes maior que a freqüência característica da luz verde. B) é 20% maior que a freqüência da luz verde. C) é de 1,25 a 2,5 vezes maior que a freqüência da luz verde. D) está entre 40% e 80% do valor da freqüência da luz verde. 2. (CESPE – PILÍCIA CIVIL – ES – 2005) Algumas substâncias, quando sujeitas à radiação ultravioleta, emitem luz visível. Os átomos destas substâncias absorvem a radiação ultravioleta, invisível para o olho humano, e irradiam radiação visível. Quando as espécies excitadas com fótons de energia E* relaxam para estados de mais baixa energia, perdem, nesse processo, uma energia “E” e liberam o restante da energia na forma de fótons de energia hν < E*. Quando essa relaxação ocorre em tempos inferiores a 10-5 segundos, denomina-se fluorescência, enquanto que, em tempos superiores, que podem chegar a minutos ou até horas, denomina-se fosforescência. Devido a essas propriedades, as radiações ultravioletas são utilizadas, freqüentemente, na análise de impressões digitais em perícias criminais e na detecção de fraudes em notas ou bilhetes.

Com base no texto acima e considerando o espectro eletromagnético, julgue os itens a seguir.

2.1 O comprimento de onda da radiação emitida na fluorescência é sempre menor que o comprimento de onda da radiação absorvida que promoveu a fluorescência. 2.2 Na fluorescência por absorção de luz ultravioleta, ocorre emissão de fóton com comprimento de onda inferior a 1,0 Å. 2.3 De acordo com o texto, a maior diferença entre os conceitos fluorescência e fosforescência está relacionada ao tempo entre a absorção da energia e a emissão do fóton. 3. (CESPE – PAPILOSCOPISTA – PC-PA – 2006) Uma avaliação detalhada de impressão papilar requer a ampliação fotográfica. Utilizam-se, freqüentemente, lupas ou microscópios que, normalmente, captam a luz refletida pelo objeto sob investigação. A interação da luz com o material investigado é o princípio dos métodos ópticos de investigação. Acerca dos fenômenos ópticos que subsidiam a investigação, julgue os itens abaixo.



3.1 A luz pode ser entendida como onda eletromagnética e como partícula. O fenômeno da difração, que explica o funcionamento da lente de uma lupa feita com lente bicôncava, é uma demonstração do seu comportamento corpuscular. 3.2 Para que se forme a imagem de um objeto próximo sobre a retina do olho humano normal, é necessário que a distância focal do cristalino seja maior que a distância do cristalino à retina. 3.3 Uma impressão digital formada em um copo de vidro limpo pode ser vista devido à reflexão especular da luz na oleosidade que a pele dos dedos deixa impregnada na superfície do vidro. 3.4 A formação de um padrão de cores semelhante a um arco-íris na superfície de um material exposto à luz branca indica a existência de uma fina película cobrindo essa superfície, com espessura da mesma ordem de grandeza do comprimento de onda da luz visível. 4. (CESPE – PAPILOSCOPISTA – PC-PA – 2006) A fluorescência é um fenômeno muito útil na visualização de impressões digitais. Produtos fluorescentes, como a Rodamina, por exemplo, permitem a visualização de impressões digitais quando fixadas apropriadamente e quando expostas à luz forense. Acerca do fenômeno de fluorescência e de conceitos correlatos, assinale a opção correta. 4.1 Na fluorescência ocorre emissão de fótons com comprimento de onda menor que o dos fótons usados para excitação do material fluorescente. 4.2 O fenômeno da fluorescência compreende os mecanismos de absorção para um nível de energia alto, relaxação para um nível mais baixo e emissão de luz, a partir deste nível para outro mais baixo. 4.3 Em um átomo, a excitação para um nível eletrônico mais alto corresponde à passagem de um elétron para uma órbita mais externa. Essa afirmação pressupõe um modelo atômico do tipo planetário, em que o elétron é considerado como uma onda. 4.4 Na visualização de impressões digitais com a técnica de fluorescência, pode-se utilizar filtros bloqueadores de UV à frente da fonte de luz forense e óculos protetores feitos com filtros bloqueadores de luz visível.



5. (CESPE – PAPILOSCOPISTA PF – 2004)

A figura acima mostra, esquematicamente, o meio espalhador onde cada ponto (centro espalhador) representa um obstáculo que provoca o espalhamento da luz. Um pulso ultracurto, ao ser injetado no meio espalhador, sofre alargamento temporal devido aos múltiplos espalhamentos. Os raios que seguem, por exemplo, o caminho A, mudam pouco a sua trajetória e rapidamente atravessam o tecido. Os raios que seguem o caminho B ficam presos no tecido por um tempo maior e contribuem para o alargamento do pulso e os que seguem a trajetória C não atravessam o tecido, eles retornam para o meio original por reflexão. Com relação ao texto acima e aos princípios envolvidos na técnica apresentada, julgue os itens subseqüentes.

5.1 A técnica descrita acima baseia-se no fato de que a velocidade de propagação da luz independe do meio no qual se propaga. 5.2 O alargamento do pulso pode estar relacionado com o número de reflexões no meio espalhador. 5.3 O caráter corpuscular da luz como conceito permite descrever os processos de espalhamento mencionados no texto. 5.4 Se o meio espalhador ilustrado na figura não for absorvente, então o número de fótons que atravessam o meio é igual ao número de fótons incidentes. 5.5 Se o feixe luminoso incidir obliquamente no meio espalhador, a intensidade da luz que atravessa o meio dependerá do estado de polarização do feixe incidente. 5.6 A freqüência da luz retroprojetada é alterada pelas múltiplas reflexões.



GABARITO. 1. C 2.1. E 2.2. E 2.3. C 3.1. E 3.2. E 3.3. E 3.4. C 4.1. E 4.2. C 4.3. E 4.4. E 5.1. E 5.2. C 5.3. C 5.4. E 5.5. E 5.6. E

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FÍSICA EM EXERCÍCIOS CESPE - jottaclub.comjottaclub.com/wp-content/uploads/2015/03/Aula-04.pdf · Estamos falando da luz forense, na verdade esse nome é dado apenas pelo fato de