Alternativa A - é paralela à direção de propagação antes do raio incidir sobre o meio B.
Introdução ao Problema
A questão aborda um fenômeno clássico da óptica geométrica conhecido como refração em lâmina de faces paralelas. No diagrama apresentado, temos um raio de luz passando do Meio A para o Meio B e, posteriormente, voltando para o Meio A.
Para resolver, precisamos entender como a luz se comporta ao atravessar um prisma plano ou uma placa com faces paralelas quando os meios de entrada e saída são idênticos.
Desenvolvimento Teórico
Quando um raio luminoso incide sobre uma superfície plana e emerge de outra superfície paralela à primeira, ocorrem dois eventos principais de refração:
- Entrada (Meio A \rightarrow Meio B): O raio sofre desvio em direção à normal, pois o enunciado afirma que o Meio B é "mais refratário" (tem maior índice de refração).
- Saída (Meio B \rightarrow Meio A): O raio sofre novo desvio, agora afastando-se da normal, retornando ao primeiro meio.
Como as faces da placa B são paralelas, a geometria garante que o ângulo de incidência na segunda face (interna) seja igual ao ângulo de refração na primeira face.
Demonstração Matemática (Lei de Snell-Descartes)
Podemos provar o paralelismo usando a fórmula da refração:
n_1 \cdot \sin(\theta_1) = n_2 \cdot \sin(\theta_2)
- Na primeira interface (A para B):
n_A \cdot \sin(i) = n_B \cdot \sin(r)
Onde i é o ângulo de incidência e r é o ângulo de refração. - Na segunda interface (B para A):
O ângulo de incidência interna é igual a r (ângulos alternos internos). O ângulo de saída é i' (emergente).
n_B \cdot \sin(r) = n_A \cdot \sin(i')
Comparando as duas equações, vemos que:
n_A \cdot \sin(i) = n_A \cdot \sin(i')
Isso implica que:
\sin(i) = \sin(i') \Rightarrow i = i'
Portanto, o ângulo de saída é exatamente igual ao ângulo de entrada, mantendo a direção original.
Análise das Alternativas
- Alternativa A (Correta): A propriedade fundamental da lâmina de faces paralelas é que o raio emergente é paralelo ao raio incidente. Existe apenas um deslocamento lateral (o raio sai "deslocado" para o lado, mas na mesma inclinação).
- Alternativas B, C, D e E (Incorretas): Nenhuma dessas opções descreve o comportamento padrão da refração em placas paralelas. Os ângulos de 30°, 45° ou 60° dependem de valores específicos que não foram fornecidos, e a perpendicularidade viola a conservação da direção relativa.
Conclusão
Ao atravessar um meio com faces paralelas e retornar ao meio de origem, o raio de luz mantém sua direção original, sofrendo apenas um deslocamento lateral. Assim, a direção de propagação após sair do material é paralela à direção inicial.