Questão 100 do ENEM 2024 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão precisamos seguir o caminho da luz dentro do dispositivo e, depois, usar as medidas indicadas no esquema.

Natureza da imagem

O enunciado diz que o objeto está sobre o vértice do espelho inferior ($E_1$), ponto que coincide com o foco do espelho superior ($E_2$). Vamos acompanhar os raios:

1. A luz sai do objeto (que está no foco de $E_2$) e atinge o espelho superior $E_2$.
2. Em um espelho côncavo, todo raio que passa pelo foco é refletido paralelamente ao eixo principal. Assim, os raios descem paralelos.
3. Esses raios paralelos atingem o espelho inferior $E_1$.
4. Ainda pelas propriedades do espelho côncavo, todo raio que incide paralelamente ao eixo é refletido passando pelo foco.
5. Como o foco de $E_1$ coincide com o vértice de $E_2$ (na abertura superior), os raios convergem exatamente ali.

Os raios de luz se cruzam efetivamente na abertura superior, e é esse cruzamento real que forma a imagem tridimensional. Como a imagem resulta do encontro dos próprios raios de luz (e não de seus prolongamentos atrás do espelho), trata-se de uma imagem real.

Distância vertical

Agora precisamos da distância vertical entre cada ponto objeto e seu ponto imagem. O objeto está no fundo do aparelho (vértice de $E_1$) e a imagem se forma no topo (abertura de $E_2$).

O esquema indica a profundidade de cada espelho: à direita da figura estão marcados $3{,}8 \text{ cm}$ para o espelho superior e $3{,}8 \text{ cm}$ para o inferior. A distância vertical total entre objeto e imagem é a soma dessas duas profundidades:

$d = 3{,}8 \text{ cm} + 3{,}8 \text{ cm} = 7{,}6 \text{ cm}$

O valor de $5 \text{ cm}$ que também aparece no esquema é o diâmetro da abertura circular de $E_2$, e não deve ser confundido com essa distância vertical.

Portanto, a imagem formada é real e a distância vertical entre o objeto e a imagem é de $7{,}6 \text{ cm}$.