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(Epcar (Afa) 2015) Um corpo luminoso de massa 1kg é acoplado a uma mola ideal de constante elástica 100 N / m e colocado à meia distância entre uma lente esférica delgada convergente L e um espelho esférico côncavo gaussiano E, de distâncias focais respectivamente iguais a 10 cm e 60 cm, como mostra a figura abaixo.
Considere que o corpo luminoso seja puxado verticalmente para baixo 1cm a partir da posição em que ele se encontra em equilíbrio sobre o eixo óptico do sistema e, então, abandonado, passa a oscilar em movimento harmônico simples exclusivamente na vertical. A distância entre o vértice e o centro óptico da lente é 40 cm. Dessa forma, o corpo luminoso serve de objeto real para a lente e para o espelho que conjugam, cada um, apenas uma única imagem desse objeto luminoso oscilante. Nessas condições, as funções horárias que melhor descrevem os movimentos das imagens do corpo luminoso, respectivamente, conjugadas pela lente L e pelo espelho E, são
a) 2cos(10t + π) e 1,5cos(10t + π)
b) 1cos(10t + π) e 1cos(10t )
c) 1cos(10t) e 1,5cos(10t + π)
d) 1,5cos(10t + π) e 1,5cos(10t + π)
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Questões Para o Saber

há 7 dias

Respostas

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há 7 dias

Para resolver essa questão, precisamos entender como o movimento harmônico simples (MHS) se aplica ao corpo luminoso e como isso se relaciona com as imagens formadas pela lente e pelo espelho. 1. Massa e mola: O corpo de 1 kg acoplado a uma mola com constante elástica de 100 N/m oscila em MHS. A frequência angular (ω) do MHS é dada por: \[ \omega = \sqrt{\frac{k}{m}} = \sqrt{\frac{100}{1}} = 10 \, \text{rad/s} \] 2. Deslocamento inicial: O corpo é puxado 1 cm (0,01 m) para baixo e, ao ser solto, começa a oscilar. A função horária do MHS pode ser expressa como: \[ y(t) = A \cos(\omega t + \phi) \] onde \(A\) é a amplitude e \(\phi\) é a fase inicial. Como o corpo é puxado para baixo, a fase inicial será \(\pi\) (ou 180 graus), pois a oscilação começa na posição de máxima compressão. 3. Imagens formadas: - Para a lente, a imagem será formada a uma distância que depende da posição do objeto e da distância focal. A imagem será real e invertida. - Para o espelho, a imagem também será real e invertida, mas a distância da imagem em relação ao espelho será diferente. 4. Análise das alternativas: - a) 2cos(10t + π) e 1,5cos(10t + π): A primeira imagem tem amplitude 2, o que não é consistente com a amplitude de 1 cm. - b) 1cos(10t + π) e 1cos(10t): Ambas têm amplitude 1, mas a segunda não considera a inversão da imagem. - c) 1cos(10t) e 1,5cos(10t + π): A primeira imagem é correta, mas a segunda não reflete a inversão. - d) 1,5cos(10t + π) e 1,5cos(10t + π): Ambas têm a mesma amplitude e fase, o que não é esperado. A alternativa que melhor descreve as funções horárias das imagens do corpo luminoso, considerando a oscilação e a inversão, é a b) 1cos(10t + π) e 1cos(10t).

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