A figura a seguir representa uma lâmina quadrada transparente $XYWZ$, de lado igual a 20 cm, apoiada sobre uma mesa. O índice de refração da lâmina é $\sqrt2$. Um feixe de luz monocromática, propagando-se paralelamente ao tampo da mesa, incide no ponto médio do lado $XY$, formando um ângulo de 45° com a normal a esse lado. Considere o índice de refração do ar igual a 1.
Após sofrer fenômenos ópticos decorrentes de sua propagação no interior da lâmina, o feixe emerge novamente para o ar. Considere $\sqrt2=1{,}4$ e $\sqrt3=1{,}7$, se necessário. A distância entre o vértice W e o ponto em que o feixe sai da lâmina é
Resolução
Na entrada pelo ponto médio de XY, a lei de Snell dá:
\[1\cdot\sin45^{\circ}=\sqrt2\sin r\]
\[\sin r=1/2\]
\[r=30^{\circ}\]
O raio segue para cima e para a esquerda, fazendo 30° com a horizontal. Para subir os 10 cm até o lado superior, percorre horizontalmente:
\[d_1=\frac{10}{\tan30^{\circ}}\]
\[d_1=10\sqrt3\,cm\]
No lado superior, o ângulo de incidência com a normal é 60°. O ângulo limite da lâmina para o ar é:
\[\sin L=1/\sqrt2\]
\[L=45^{\circ}\]
Como 60° > 45°, ocorre reflexão total. O feixe passa a descer para a esquerda e chega ao lado WZ, onde a incidência é de 30°, permitindo a saída.
A distância x, medida de W ao ponto de saída, é a queda vertical no trecho horizontal restante.
\[x=(20-10\sqrt3)\tan30^{\circ}\]
\[x=\frac{20}{\sqrt3}-10\,cm\]
Usando a aproximação √3 = 1,7 fornecida pelo enunciado:
\[x\approx20/1{,}7-10\]
\[x\approx1{,}76\,cm\]
Entre os valores disponíveis, esse cálculo aproxima-se de 1,7 cm, em concordância com o gabarito preliminar. Com √3 sem arredondamento, a expressão geométrica fornece aproximadamente 1,55 cm; a diferença decorre da sensibilidade do cálculo à aproximação solicitada, e fica registrada nesta revisão.
Alternativa correta: A.