Questão 84 do ENEM 2010 — Ciências da Natureza

O ponto de partida aqui é entender o que significa um índice de refração negativo, uma propriedade que o enunciado atribui a esse metamaterial "canhoto" e que não existe nos materiais naturais.

Como funciona a refração comum

Quando a luz passa de um meio para outro (por exemplo, do ar para a água), ela muda de direção. Para analisar esse desvio, traçamos uma reta perpendicular à superfície que separa os dois meios, chamada de reta normal.

A Lei de Snell-Descartes descreve esse comportamento: $n_1 \cdot \sin(\theta_1) = n_2 \cdot \sin(\theta_2)$

Em materiais naturais, os índices $n_1$ e $n_2$ são positivos. Nesse caso, o raio incidente e o raio refratado ficam em lados opostos da reta normal: a luz "atravessa" a normal ao mudar de meio.

O comportamento atípico do metamaterial

O texto afirma que esse metamaterial tem índice de refração relativo negativo. Colocando um valor negativo para $n_2$ na Lei de Snell, o ângulo de refração assume sinal oposto ao usual em relação à normal. O resultado é que a regra clássica é quebrada:

A luz penetra no metamaterial (ou seja, há refração de fato, e não reflexão), mas o raio refratado fica do mesmo lado da reta normal que o raio incidente, em vez de cruzar para o lado oposto.

O que a figura correta precisa mostrar

Com base nisso, a representação certa deve ter três características:

1. O raio de luz entra no metamaterial (não pode voltar para o ar, o que seria reflexão);
2. O raio sofre desvio ao cruzar a interface (não pode seguir em linha reta, pois há mudança de meio);
3. O raio refratado permanece do mesmo lado da normal que o raio incidente (característica exclusiva da refração negativa).

Uma figura em que o raio apenas retorna ao ar representaria reflexão, não refração. Uma figura em que o raio segue reto ignoraria o desvio esperado. E as figuras em que o raio refratado cruza para o lado oposto da normal representam a refração convencional (índice positivo), que não é o caso deste material.

A única figura compatível com as três condições — luz que entra no meio, se desvia e permanece do mesmo lado da normal — é a da alternativa D.

Portanto, o gabarito é a letra D.