Questão 135 — ENEM 2022Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Óptica geométrica — fenômenos da luz: reflexão, refração, difração, polarização e absorção
• ⚡ Nível: Médio — exige diferenciar refração de outros fenômenos ópticos a partir do modo como a garrafa redistribui a luz solar para dentro do cômodo
• 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Fenômenos ópticos no cotidiano e relação entre comprimento de onda e dimensões dos obstáculos
• 🏆 Gabarito: revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual fenômeno óptico explica que uma garrafa PET com água, fixada no telhado, espalhe luz solar para iluminar o ambiente abaixo?"
• Palavras-chave decisivas: garrafas plásticas PET com água e cloro, buraco com diâmetro igual ao da garrafa, muito maior que o comprimento de onda da luz, iluminar à própria casa num dia de sol
• Armadilha típica: marcar "difração" (A), porque o aluno lembra que difração é fenômeno típico de aberturas. Mas o enunciado destaca que o diâmetro do buraco é muito maior que o comprimento de onda da luz — o que é precisamente a condição em que a difração é desprezível. Outra armadilha é marcar "reflexão" (D), achando que a água atua como espelho. A reflexão envolve mudança de direção sem atravessar o meio; aqui a luz atravessa a garrafa e é redistribuída em todas as direções dentro do cômodo, característica de refração.
• O que a resposta precisa demonstrar: entendimento de que a luz solar entra na água (mudança de meio: ar → plástico → água), tem sua direção alterada por refração e é então redistribuída em diversos ângulos dentro do cômodo, funcionando como uma "lâmpada" durante o dia.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Refração: mudança na velocidade de propagação (e em geral na direção) da luz quando ela passa de um meio para outro de índice de refração diferente. É regida pela Lei de Snell: n₁ · sen θ₁ = n₂ · sen θ₂. A luz sempre desvia ao entrar e ao sair da água, gerando o conhecido efeito de "canudo torto" no copo. No caso da garrafa, a água atua como uma lente cilíndrica/esférica que dispersa a luz em várias direções no ambiente.
• Reflexão: retorno da luz ao meio original ao incidir em uma superfície. Pode ser regular (espelho) ou difusa (parede). Não envolve atravessar o meio. Não descreve o que ocorre na garrafa, em que a luz claramente entra e sai.
• Difração: desvio da luz ao passar por aberturas ou obstáculos com dimensões comparáveis ao comprimento de onda (~400–700 nm). Como o diâmetro da garrafa é centenas de milhares de vezes maior que λ, a difração é desprezível neste caso. O enunciado faz questão de afirmar isso explicitamente.
• Polarização: orientação das oscilações do campo elétrico da luz em um único plano. Ocorre por filtros polarizadores, reflexão em ângulo de Brewster, dupla refração etc. Não tem relação com o espalhamento da luz pela garrafa.
• Absorção: captura da energia luminosa por um meio, transformando-a em outra forma (calor, energia química). A água com cloro absorve um pouco de luz, mas o efeito útil — espalhar luz pelo cômodo — não é absorção; é redistribuição da luz.
• Função do cloro: o cloro é adicionado para evitar a proliferação de microrganismos (algas, bactérias) que turvariam a água; sua função é manter a água translúcida. Não interfere no fenômeno óptico em si.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Imagem (a foto e o esquema): o esquema lateral mostra uma garrafa PET cravada no telhado: a parte cônica (gargalo) fica para baixo, dentro do cômodo, e a parte cilíndrica do corpo fica acima do telhado, exposta ao sol. A foto à direita mostra o efeito real — a garrafa brilha intensamente como uma lâmpada, e o ambiente embaixo aparece bem iluminado. Vê-se um homem sentado embaixo com nítida visibilidade.
• Evidência 1: "Cada garrafa foi fixada ao telhado de sua casa em um buraco com diâmetro igual ao da garrafa, muito maior que o comprimento de onda da luz" → o ENEM literalmente avisa o candidato: a abertura é macroscópica em comparação com λ, então difração é descartada.
• Evidência 2: "garrafas plásticas PET com água e cloro" → meios envolvidos: plástico transparente (PET) e água. Ambos têm índice de refração diferente do ar. Quando a luz solar atravessa a interface ar–PET–água, ocorre refração múltipla.
• Evidência 3: "iluminar à própria casa num dia de sol" → o efeito é claramente diurno e depende da luz solar entrando pelo telhado e sendo redistribuída pelo cômodo. Não é amplificação nem fonte nova de luz; é redirecionamento.
• Síntese: a luz solar incide sobre a garrafa, atravessa a interface ar–plástico–água, sofre refração nas duas interfaces curvas (e ainda dentro da água), e sai dispersa em diversas direções dentro do cômodo. A água age como uma lente difusora, espalhando luz para iluminar todos os cantos.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar os meios atravessados pela luz

A luz solar passa por: ar (acima do telhado) → plástico do PET (parede da garrafa) → água com cloro (interior da garrafa) → plástico (parede inferior) → ar (interior do cômodo). Cada interface separa dois meios com índices de refração distintos (n_ar ≈ 1,00; n_PET ≈ 1,57; n_água ≈ 1,33). Em cada interface, a luz sofre refração — desvia conforme a Lei de Snell.

Subpasso 4.2 — Eliminar fenômenos incompatíveis com a geometria

• Difração (A): exigiria abertura comparável a λ (~10⁻⁷ m). O diâmetro da garrafa é ~6 cm = 6×10⁻² m, cerca de 10⁵ vezes maior que λ. O enunciado avisa explicitamente. Difração negligível.
• Polarização (C): exigiria filtro polarizador ou ângulo crítico específico. A água com cloro não polariza a luz incidente vinda do sol em vários ângulos. Não é o fenômeno responsável pela iluminação.
• Reflexão (D): a luz claramente atravessa a garrafa (entra por cima, sai por baixo). Reflexão não permite atravessamento — só retorno ao meio original. Pode haver alguma reflexão parcial nas interfaces, mas não é o fenômeno principal.
• Absorção (B): se a água absorvesse a luz, o cômodo ficaria escuro, não iluminado. Absorção é o oposto do que se observa.

Subpasso 4.3 — Caracterizar o fenômeno principal

Sobra refração. A garrafa cilíndrica cheia de água atua como uma lente: ao incidir nas paredes curvas, a luz solar é desviada (refratada) em múltiplas direções. Como a curvatura da garrafa não foca todos os raios em um único ponto, a luz se espalha pelo cômodo, iluminando-o. É exatamente o mesmo princípio do "canudo torto" e das lentes de aumento — apenas em escala doméstica e com geometria menos otimizada.

Subpasso 4.4 — Verificação experimental conceitual

Se trocássemos a água por ar (garrafa vazia), o efeito de iluminação diminuiria drasticamente, porque o índice de refração do ar dentro seria igual ao do ar fora — a luz passaria praticamente sem desviar. Justamente por isso usa-se água: para garantir a refração nas duas interfaces ar–PET–água. Isso confirma que o fenômeno responsável é refração — alternativa E.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Difração.

❌ Incorreta: difração ocorre quando a luz passa por aberturas com dimensões da ordem de seu comprimento de onda (centenas de nanômetros). O diâmetro do buraco e da garrafa é da ordem de centímetros — milhões de vezes maior que λ. O próprio enunciado afirma "muito maior que o comprimento de onda da luz", justamente para descartar difração. Marcar essa alternativa indica não ter lido a informação-chave.

B) Absorção.

❌ Incorreta: absorção transforma luz em outra forma de energia (geralmente calor) e reduziria a iluminação do ambiente. O efeito observado é exatamente o oposto: o ambiente fica claro, recebendo luz que sem a garrafa não chegaria. A água é um meio transparente, não absorvedor.

C) Polarização.

❌ Incorreta: polarização é a orientação das oscilações do campo elétrico em um único plano, obtida por filtros polarizadores ou reflexão no ângulo de Brewster. Garrafa PET com água não atua como polarizador. Além disso, polarizar a luz não a redistribui pelo ambiente — apenas filtra suas oscilações.

D) Reflexão.

❌ Incorreta: reflexão implica retorno da luz ao meio de origem após incidir em uma superfície. Aqui a luz atravessa a garrafa: entra pela parte exposta ao sol e sai pela parte voltada ao cômodo. Pode haver reflexão parcial nas interfaces, mas o fenômeno principal de "trazer luz para dentro" depende do atravessamento — refração, não reflexão.

E) Refração.

✅ Correta: ao atravessar as interfaces ar → PET → água → PET → ar (com índices de refração 1,00, 1,57, 1,33, 1,57, 1,00), a luz solar sofre desvios em cada superfície curva da garrafa. A garrafa funciona como uma lente difusora cilíndrica, espalhando os raios em múltiplas direções dentro do cômodo — exatamente o que ilumina a casa. Sem a água (índice 1,33), as duas interfaces ar–PET–ar quase se anulariam e o efeito desapareceria; é a refração na água que faz a luz "ramificar" para dentro do ambiente.

🏆 Gabarito: E — a luz solar atravessa as interfaces curvas da garrafa cheia de água, sofrendo refração em cada uma e sendo desviada em múltiplas direções, o que ilumina o cômodo abaixo do telhado.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: o fato de a luz atravessar (não voltar) a garrafa elimina reflexão; o diâmetro muito maior que λ elimina difração; ausência de polarizador elimina polarização; e a iluminação observada elimina absorção. Sobra a única explicação compatível com os meios envolvidos: refração nas interfaces ar–plástico–água.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma cobrar fenômenos ópticos a partir de aplicações cotidianas (miragem, arco-íris, fibras ópticas, lentes, ilusões visuais). O segredo é ler quais meios a luz atravessa e o que acontece com sua direção/velocidade.
• Generalização: sempre que a luz passa por dois meios diferentes e altera direção/velocidade sem ser absorvida, está ocorrendo refração. Se ela é redistribuída pelo ambiente após passar por superfícies curvas (lentes naturais ou improvisadas), o fenômeno principal é refração, não reflexão.
• Dica de eliminação rápida: o enunciado avisar explicitamente que o diâmetro é maior que λ é o sinal direto para eliminar difração — quase nunca aparece à toa essa informação. Polarização não tem aparato no enunciado. Absorção produziria escurecimento. Sobram refração e reflexão; quem atravessa o meio é a refração.
• Conexões com outros temas: Lei de Snell e índice de refração (Óptica); lentes convergentes e divergentes (Óptica geométrica); arco-íris e dispersão da luz (Refração + dispersão); fibras ópticas e reflexão total interna (Aplicações tecnológicas); sustentabilidade e tecnologias sociais de baixo custo (CTSA — Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente).