Questão 135 do ENEM 2022 — Ciências da Natureza

Entendendo o Cenário

A questão descreve a famosa "lâmpada de garrafa PET" (ou Lâmpada de Moser). Temos a luz do Sol vindo do ambiente externo, propagando-se pelo ar, e atingindo a garrafa fixada no telhado. Para que o interior da casa seja iluminado, essa luz precisa atravessar a garrafa, que está cheia de água, e chegar ao cômodo escuro.

O Fenômeno Físico

Quando a luz viaja por um meio transparente (como o ar) e penetra em outro meio transparente diferente (como a água dentro da garrafa plástica), ela sofre uma mudança na sua velocidade de propagação. Essa mudança de meio e de velocidade é frequentemente acompanhada por um desvio na trajetória dos raios luminosos.

Na Física, o fenômeno caracterizado pela mudança de meio de propagação da onda, resultando em alteração da sua velocidade (e geralmente da sua direção), é chamado de refração.

Nesse sistema, a garrafa com água atua de forma semelhante a uma lente espessa. A luz solar incide sobre ela, sofre refração ao passar do ar para a água (e depois da água para o ar interno), e seus raios são desviados e espalhados para o interior do ambiente, iluminando-o.

Por que não são as outras alternativas?

O examinador do ENEM foi muito cuidadoso ao colocar uma "dica" explícita no texto para evitar confusões. Vamos analisar os distratores:

• Difração: É a capacidade de uma onda contornar obstáculos ou se espalhar ao passar por fendas. Porém, para que a difração da luz seja perceptível, o tamanho do obstáculo ou da fenda deve ser da ordem de grandeza do comprimento de onda da luz ($\lambda$). O texto afirma categoricamente que o buraco tem um diâmetro "muito maior que o comprimento de onda da luz". Essa frase foi inserida no enunciado justamente para invalidar a difração como resposta correta.
• Reflexão: Se o fenômeno principal fosse a reflexão, a luz bateria na superfície da garrafa e voltaria para o ambiente externo (o céu). O quarto continuaria escuro.
• Absorção: Se a luz fosse majoritariamente absorvida pela água, sua energia luminosa seria transformada em energia térmica (calor). A garrafa esquentaria, mas não transmitiria luz para iluminar a casa.
• Polarização: É o fenômeno de filtrar as ondas luminosas transversais para que vibrem em um único plano. Isso reduz a intensidade luminosa (como fazem os óculos de sol polarizados) e não explica o desvio da luz para dentro do cômodo.

Portanto, o princípio óptico fundamental que permite que a luz atravesse a fronteira entre os meios, mudando sua trajetória para adentrar e iluminar a residência, é a refração.