Exercícios sobre fibra óptica
Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre as fibras ópticas, tubos mais finos que um fio de cabelo que conduzem luz.
Marque V para verdadeiro e F para falso nas afirmações a seguir:
( ) A capacidade de transporte de informações das fibras ópticas é a mesma que a dos cabos metálicos. Todavia, a fibra óptica é mais leve e flexível, o que a torna mais eficiente.
( ) O índice de refração do núcleo da fibra deve ser maior que p índice da casca que a envolve.
( ) As fibras ópticas funcionam por meio do princípio da reflexão total da luz.
( ) A desvantagem das fibras ópticas é a interferência sofrida na presença de campos magnéticos.
( ) As fibras ópticas ainda não são amplamente utilizadas no cotidiano das pessoas por causa de seu alto preço de fabricação.
(Fuvest) Uma fibra ótica é um guia de luz, flexível e transparente, cilíndrico, feito de sílica ou polímero, de diâmetro não muito maior que o de um fio de cabelo, usado para transmitir sinais luminosos a grandes distâncias, com baixas perdas de intensidade. A fibra ótica é constituída de um núcleo, por onde a luz se propaga, e de um revestimento, como esquematizado na figura acima (corte longitudinal). Sendo o índice de refração do núcleo 1,60 e o do revestimento, 1,45, o menor valor do ângulo de incidência θ do feixe luminoso, para que toda a luz incidente permaneça no núcleo, é, aproximadamente,
a) 45º
b) 50º
c) 55º
d) 60º
e) 65º
O comprimento de onda para a luz monocromática verde que se propaga no ar é de 500 nm. Determine o seu comprimento de onda quando se propaga em uma fibra óptica com índice de refração igual a 2.
Dados: Velocidade da luz no vácuo: c = 3 x 108 m/s; 1 nm = 1 x 10 – 9 m
a) 250 nm
b) 150 nm
c) 200 nm
d) 350 nm
e) 500 nm
Uma fibra óptica é um tubo estreito e maciço, tendo basicamente um núcleo e uma casca constituídos de dois tipos de vidro (ou plástico) com índices de refração diferentes. A luz que penetra por uma extremidade da fibra, por meio do núcleo, sofre múltiplas reflexões totais na superfície lateral que separa o núcleo da casca até sair pela outra extremidade. A figura a seguir representa um raio de luz que penetra a fibra, proveniente do ar, emergindo na extremidade oposta.
Sendo nA, nN e nC os índices de refração do ar, do núcleo e da casca, respectivamente, a relação correta é:
a) nA > nC > nN
b) nA > nC = nN
c) nA < nC < nN
d) nA < nC = nN
e) nA = nC = nN
F, V, V, F, F
-
FALSA: A capacidade de transporte das fibras ópticas é infinitamente superior à capacidade dos cabos metálicos.
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VERDADEIRA.
-
VERDADEIRA.
-
FALSA: Não há interferência magnética sobre a luz, logo, as fibras ópticas não sofrem interferência de campos magnéticos.
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FALSA: As fibras ópticas são largamente utilizadas em nosso cotidiano. A produção geralmente é feita com sílica, material mais abundante que os metais e que possui baixo preço.
LETRA “E”
A luz incidente permanecerá no núcleo se ocorrer o fenômeno da reflexão interna total. O seno do ângulo limite (L), ângulo a partir do qual ocorre reflexão total, é dado pela razão do menor pelo maior índice de refração:
sen L = NMENOR ÷ NMAIOR
sen L = 1,45 ÷ 1,60
sen L ≈ 0,91
A partir da tabela de senos e cossenos, temos que:
L = 65°
LETRA “A”
A velocidade de propagação de uma onda é dada pelo produto do comprimento de onda e a frequência da onda. Sendo assim, podemos determinar a frequência da luz monocromática verde ao se propagar no ar.
c = λ. f
3 x 108 = 500 x 10 – 9 . f
F = 3 x 108 ÷ 500 x 10 – 9 = 3 x 108 ÷ 5 x 10 – 7
f = 6 x 10 14 Hz
A partir da definição de índice de refração e da equação da velocidade da luz, podemos determinar o comprimento de onda da luz monocromática verde ao entrar na fibra. É importante lembrar que na refração não ocorre mudança da frequência das ondas. A partir da definição de índice de refração, temos:
LETRA “C”
Para ocorrer a reflexão total, é necessário que o índice de refração do núcleo seja maior que o da casca. Sendo assim, nC < nN. A única alternativa que apresenta tal relação é a letra C.