Um feixe laser incide perpendicularmente sobre um espelho perfeitamente refletor de área A = 0,100 m². A…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Utilizar o conhecimento sobre as radiações e suas origens para avaliar as potencialidades e os riscos de sua aplicação em equipamentos de uso cotidiano, na saúde, no ambiente, na indústria, na agricultura e na geração de energia elétrica.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um feixe laser incide perpendicularmente sobre um espelho perfeitamente refletor de área A = 0,100 m². A intensidade do feixe é I = 2,00×10^3 W·m^-2. Use c = 3,00×10^8 m·s^-1. Calcule a pressão de radiação p (N·m^-2) sobre o espelho e a força F (N) exercida na direção normal.
- A) p = 0; F = 0
- B) p = 5,00×10^-5 N·m^-2; F = 5,00×10^-6 N
- C) p = 2,00×10^-4 N·m^-2; F = 2,00×10^-5 N
- D) p = 1,33×10^-5 N·m^-2 (normal); F = 1,33×10^-6 N (direção normal ao espelho).
- E) p = 1,00×10^-5 N·m^-2; F = 1,00×10^-6 N
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Identifique o modelo físico. A radiação incide perpendicularmente e o espelho é perfeitamente refletor, então o fóton tem sua quantidade de movimento invertida. A variação de momento por fóton é 2p, e por isso a pressão de radiação é o dobro do valor obtido para um corpo que absorve toda a luz.
- Use a fórmula p = 2I/c. Substituindo, p = 2 x 2,00 x 10^3 / 3,00 x 10^8 = 4,00 x 10^3 / 3,00 x 10^8 = 1,33 x 10^-5 N/m^2.
- Calcule a força pela definição de pressão, F = p x A = 1,33 x 10^-5 x 0,100 = 1,33 x 10^-6 N, dirigida na direção normal ao espelho.
- Compare com as alternativas. A alternativa D traz exatamente p = 1,33 x 10^-5 N/m^2 e F = 1,33 x 10^-6 N, o que confirma o resultado obtido de forma independente. O gabarito oficial D está correto.
- Por que as outras estão erradas. A alternativa A supõe que a luz não exerce pressão, o que contraria o efeito de radiação. A alternativa B, C e E apresentam valores numéricos que não correspondem a 2I/c, como detalhado no diagnóstico.
💡 Dica: Calcule a pressão de radiação usando a fórmula p = 2I/c.
Alternativa por alternativa
Supõe que a luz, por não ter massa, não pode exercer força ou pressão sobre uma superfície. Esquece que a radiação eletromagnética transporta quantidade de movimento.
Provavelmente errou o cálculo do fator 2I/c, deslocando a potência de dez ou usando uma potência de dez incorreta no denominador. O resultado ficou com a ordem de grandeza errada, e a força foi calculada coerentemente a partir desse valor.
Provavelmente usou c = 10^7 m/s em vez de 3,00 x 10^8 m/s, ou seja, trocou a potência de dez do denominador. Com isso o valor de pressão ficou aproximadamente 30 vezes maior, e a força também saiu errada.
Por que engana: O aluno pode confundir a pressão de radiação com a intensidade do feixe, aplicando a fórmula errada para calcular a pressão.
Para reflexão perpendicular p = 2I/c. Então p = 2·(2,00×10^3)/(3,00×10^8)=1,33×10^-5 N·m^-2. Força F = p·A = 1,33×10^-5·0,100 = 1,33×10^-6 N.
Provavelmente usou a fórmula p = 3I/(2c), que não corresponde a nenhum caso físico padrão, combinando o fator de absorção com o de reflexão de forma incorreta. Assim o resultado ficou 1,00 x 10^-5 em vez de 1,33 x 10^-5.
Raio-X da questão
pressão de radiação
avaliacao
pressão de radiação · intensidade de luz
Revisar a relação entre intensidade de radiação e pressão em superfícies refletoras.
O aluno pode confundir a pressão de radiação com a intensidade do feixe, aplicando a fórmula errada para calcular a pressão.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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