Lista 1 – cap. 34 - Departamento de Física

CF062 – Física IV – 1a. Lista de exercícios
cap. 34 – Ondas eletromagnéticas
1. Frank D. Drake, um investigador do programa SETI (Search for Extra-Terrestrial
Intelligence, ou seja, Busca de Inteligência Extraterrestre), disse uma vez que o grande
radiotelescópio de Arecibo, Porto Rico “é capaz de detectar um sinal que deposita em
toda a superfície da Terra uma potência de apenas um picowatt”. (a) Qual a potência que
a antena do radiotelescópio de Arecibo receberia de um sinal como este? O diâmetro da
antena é 300m. (b) Qual teria que ser a potência de uma fonte no centro de nossa galáxia
para que um sinal com esta potência chegasse a Terra? O centro da galáxia fica a 2,2 x
4
10 anos-luz de distância. Suponha que a fonte irradia uniformemente em todas as
direções. (Halliday 34.18P)
2. Na figura abaixo, o feixe de um laser com 4,60 W de potência e 2,60 mm de diâmetro
é apontado para cima, perpendicularmente a uma das faces circulares (com menos de
2,60 mm de diâmetro) de um cilindro perfeitamente refletor, que é mantido “suspenso”
pela pressão da radiação do laser. A densidade do cilindro é 1,20 g/cm3. Qual é a altura H
do cilindro? (Halliday 34.26P)
2,60 mm
A
H
3. Na praia, a luz em geral é parcialmente polarizada devido às reflexões na areia e na
água. Em uma praia, no final da tarde, a componente horizontal do vetor campo elétrico é
2,3 vezes maior que a componente vertical. Um banhista fica de pé e coloca óculos
polarizadores que eliminam totalmente a componente horizontal do campo elétrico. (a)
Que fração da intensidade luminosa total chega aos olhos do banhista? (b) Ainda usando
os óculos, o banhista se deita de lado na areia. Que fração da intensidade luminosa total
chega agora aos olhos do banhista? (Halliday 34.40P)
4. Na figura abaixo, um raio luminoso penetra em uma placa de vidro no ponto A e sofre
reflexão interna total no ponto B. Qual o menor valor do índice de refração do vidro que e
compatível com esta situação? (Halliday 34.53E)
45,0o
Ar
A
vidro
B
5. A pressão de radiação do Sol poderia teoricamente ser usada como forma de propulsão
de espaçonaves. Qual deve ser a densidade superficial (em kg/m2) de um painel
perfeitamente refletor para que, à distância de uma unidade astronômica, a força
produzida pela pressão de radiação do Sol sobre o objeto seja duas vezes maior do que a
atração gravitacional? (Nota: Uma unidade astronômica equivale ao raio médio da órbita
da Terra.) Como varia a relação entre a força da radiação e a força gravitacional à medida
que o painel se afasta do Sol?
6. Uma pilha de N + 1 placas polarizadoras é disposta de tal forma que o eixo de
transmissão de cada placa faz um ângulo de π/2N rad com o eixo de transmissão da placa
anterior. Uma onda luminosa plana, linearmente polarizada, de intensidade I0, incide
perpendicularmente na pilha. A luz incidente é polarizada na direção do eixo de
transmissão da primeira placa e, portanto perpendicular ao eixo de transmissão da última
placa da pilha. (a) Qual é a intensidade da luz que atravessa a pilha? (b) No caso de 3
placas (N=2), qual é a intensidade da luz transmitida? (c) No caso de 101 placas, qual é a
intensidade da luz transmitida? (d) Qual é a direção da polarização da luz transmitida, em
todos os casos?
7. Um raio de luz incide normalmente em uma das faces de um prisma de vidro com
índice de refração n (figura abaixo). A luz é refletida totalmente na outra face. (a) Qual é
o valor mínimo de n? (b) Quando o prisma é mergulhado em um liquido cujo índice de
refração é 1,15, ainda existe reflexão total, mas quando o prisma é mergulhado em água,
cujo índice de refração é 1,33, deixa de haver reflexão total. Use esta informação para
estabelecer limites quanto aos possíveis valores de n.
Ar
n
90o
45o
8. Um avião que se encontra a uma distância de 10 km de um transmissor de rádio recebe
um sinal com uma intensidade de 10 µW/m2. Calcule (a) a amplitude do campo elétrico
na posição do avião devido a este sinal, (b) a amplitude do campo magnético na posição
do avião e (c) a potência do transmissor, supondo que ele irradia uniformemente em todas
as direções.
9. Uma senhora caminha ao meio-dia com um guarda-chuva aberto para se abrigar do sol.
Considere o guarda-chuva totalmente absorvedor, com o formato de metade de uma casca
esférica com 1 m de diâmetro. Sabendo que a potência de radiação do sol é 3,90 x 1026 W
e que a distância Terra-Sol vale 1,50 x 1011 m, estime a pressão de radiação exercida
sobre esta senhora. Despreze efeitos de absorção pela atmosfera.