Na área de comunicações, a demanda por grande volume de dados exige…

Na área de comunicações, a demanda por grande volume de dados exige uma transmissão em alta frequência. Uma inovação nesse sentido foi o desenvolvimento da fibra óptica, que faz uso da luz como portadora de sinais. A fibra óptica é um meio de propagação da luz formada por duas camadas de vidro, com índices de refração diferentes. Considere que a camada externa da fibra apresente índice de refração $n_2$ , e a camada interna, índice de refração $n_1$ , como ilustrado na figura. O objetivo dessa diferença é obter a condição de reflexão interna total do sinal óptico que se encontre na camada interna, de forma que ele se propague por toda a extensão da fibra. A tecnologia envolvida na confecção das fibras ópticas deve garantir que o ângulo de refração e a relação entre $n_1$ e $n_2$ sejam, respectivamente,

GABARITO: E

O funcionamento das fibras ópticas baseia-se no fenômeno da reflexão interna total. Para que um sinal de luz permaneça confinado no interior da fibra (núcleo), ele deve incidir na interface com a camada externa (casca) e ser totalmente refletido de volta.

Para que ocorra a reflexão interna total, duas condições físicas fundamentais devem ser satisfeitas simultaneamente:

1. Relação entre os índices de refração: A luz deve propagar-se de um meio mais refringente para um meio menos refringente. No contexto da questão, como o sinal está na camada interna de índice $n_1$ e incide na camada externa de índice $n_2$, devemos ter $n_1 > n_2$, ou seja, $n_2 < n_1$.
2. Ângulo de refração limite: O fenômeno da reflexão total ocorre quando o ângulo de incidência é maior que o ângulo limite $L$. Pela Lei de Snell, o ângulo limite é definido como o ângulo de incidência que produz um ângulo de refração de $90^\circ$ (emergência rasante).

Análise das alternativas:

• Incorreta (A). O aluno utiliza um ângulo notável padrão de $45^\circ$ no lugar do ângulo limite. Por exemplo: o aluno supõe que a refração máxima ocorre na bissetriz do quadrante, marcando $45^\circ$ em vez de $90^\circ$.
• Incorreta (B). O aluno inverte a condição de refringência e confunde o conceito de ângulo limite. Operação errada: o aluno assume que para a luz refletir totalmente ela deve ir para um meio mais denso, $n_2 > n_1$, e que a ausência de transmissão implica um ângulo de refração nulo de $0^\circ$.
• Incorreta (C). O aluno acerta a relação entre os índices, mas comete o erro pedagógico de interpretar "reflexão total" como a inexistência física de um raio refratado, atribuindo-lhe um ângulo inexistente de $0^\circ$ em vez de considerar o limite geométrico de $90^\circ$.
• Incorreta (D). O aluno identifica corretamente o ângulo de $90^\circ$, mas inverte a aplicação da Lei de Snell: $n_1 \cdot \sin(L) = n_2 \cdot \sin(90^\circ)$. Ao considerar que o seno deve ser maior que 1 para haver reflexão, ele conclui erroneamente que $n_2 > n_1$.
• Correta (E). Atende perfeitamente às duas condições físicas: o ângulo de refração no limiar da reflexão total é de $90^\circ$ e o índice de refração do meio externo deve ser menor que o do interno ($n_2 < n_1$).