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Lentes e espelhos

FÍSICA

Tema: óptica

 

Lucas da Conceição, Licenciatura Integrada em Química e em Física

Coautoria: Gabriel Heerdt

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Captando a luz

Imagem: Pixabay

A luz é uma manifestação energética resultante da transformação de energia. Quando acendemos um fósforo, por exemplo, ele brilha e se aquece. Isso acontece porque ao empregarmos uma energia ao composto químico do fósforo ativamos uma reação que libera energia térmica e luminosa.

Essa energia luminosa, então, chega até nossos olhos e é decifrada pelo cérebro, nos permitindo enxergar as cores, que dão formas aos objetos tridimensionais que nos rodeiam, como cadeiras, árvores, pessoas, etc.

Imagem de Pixabay, modificado por CEPID CCES-eScience

Imagem: Wikimedia Commons

Antes de chegar ao nosso cérebro, porém, a luz deve passar por partes específicas dos nossos olhos. A primeira delas é a córnea, principal responsável por "direcionar" a luz para o fundo dos olhos, onde se encontra a retina, responsável por transformar o estímulo luminoso em estímulo nervoso e enviá-lo para o cérebro.

A córnea "direciona" o feixe de luz por meio de um fenômeno da física chamado refração. A refração é a mudança na velocidade da luz quando esta muda de meio de propagação. Essa mudança de velocidade causa um desvio na luz.

Um bom exemplo desse fenômeno pode ser observado quando olhamos uma piscina do lado de fora e temos a impressão dela ser mais rasa do que realmente é. Assista este vídeo que mostra um experimento com a refração da luz em meios mais densos.

 

Foco na solução

Imagem: Wikimedia Commons

Graças ao formato convexo da córnea, como o de uma concha com a concavidade voltada para dentro, a luz que nela incide é toda direcionada para um ponto na retina. Esse ponto é chamado de foco (F). Para que a imagem seja corretamente compreendida pelo cérebro o foco deve estar em cima da retina.

Pessoas com miopia, por exemplo, possuem dificuldades para enxergar objetos a partir de uma certa distância, pois o foco se encontra antes da retina, onde o cérebro não consegue compreender corretamente a imagem. Isso pode acontecer se a curvatura da córnea for muito acentuada ou o se o olho possuir um diâmetro anteroposterior maior que o normal.

O uso de óculos com lentes côncavas pode ajudar a resolver o problema. Lentes côncavas divergem a luz, ou seja, se a luz chegar perpendicularmente à lente, esta sofrerá refração e será espalhada num ângulo de espalhamento determinado pelo grau da lente. Com a ajuda da lente, portanto, a luz chega até a córnea com um ângulo inicial de espalhamento, onde sofrerá refração novamente, convergindo o foco sobre a retina.

 

Longe ou perto?

Imagem: Wikimedia Commons

Analogamente, pessoas com hipermetropia possuem o foco depois da retina, causando dificuldades para enxergar objetos próximos a elas. Isso acontece quando a curvatura da córnea é menos acentuada ou quando o olho possui um diâmetro anteroposterior menor que o normal.

Nesse caso, a correção pode ser feita utilizando óculos de lentes convexas, que farão a luz chegar às córneas com um ângulo de convergência, resultando num foco sobre a retina.

Diferente da miopia e da hipermetropia, o astigmatismo é uma deformação na córnea que resulta na convergência irregular da luz, e que cria múltiplos focos na retina ou fora dela. Ambas as imagens formadas em cada um dos focos são interpretadas pelo cérebro e sobrepostas em posições diferentes, deixando a vista embaçada.

Imagem: Wikimedia Commons

 

Selecionando as cores

Imagem: Pixabay

A luz é composta por várias cores, mas nós somos capazes de enxergar somente as cores que vão do vermelho até o violeta. Cada cor possui uma energia diferente, sendo que cores com energias muito baixas, abaixo da coloração vermelha, são chamadas infravermelho e cores com energias muito altas, acima do violeta, são chamadas ultravioleta.

Apesar de não sermos capazes de enxergar as regiões mais e menos energéticas da luz, estas ainda fazem parte da sua composição e também sofrem refração nos nossos olhos. É assim que a luz ultravioleta, por exemplo, por possuir muita energia, pode causar danos às córneas e à retina. Por essa razão é recomendado o uso de óculos com lentes escuras quando expostos a luz intensa.

Imagem: Wikimedia Commons

Essas lentes escuras são capazes de refletir a luz ultravioleta, reduzindo a incidência desta sobre as córneas e a retina. A esse fenômeno dá-se o nome de polarização da luz.

A reflexão é uma característica comum da matéria. E cada material fará uma determinada "seleção" de cores ao ser incidido pela luz. Uma planta, por exemplo, possui coloração esverdeada pois, quando a luz do sol incide sobre ela, apenas a cor verde é refletida.

Um filtro de luz é uma peça (lente) que reflete a luz, permitindo apenas a passagem de uma ou algumas cores específicas. É amplamente usado em telescópios para observação de estrelas, pois cada uma delas possui uma coloração, dependendo da distância em que se encontram e da temperatura e idade que possuem.

 

Para refletir

Imagem: Pixabay

As lentes esféricas que usamos para correção de problemas na visão, apesar de transparentes, também refletem uma pequena parte da luz que incide sobre elas. Existem também lentes que não refletem luz alguma, as quais chamamos de lentes ideais. Quanto mais opacas forem as lentes, mais luz será refletida. Já as lentes que são totalmente refletoras são chamadas de espelho.

Os espelhos esféricos possuem as mesmas propriedades das lentes quanto à convergência e divergência da luz. A diferença entre eles é que as lentes refratam a luz que as atingem, divergindo ou convergindo-a para um ponto atrás da lente, enquanto os espelhos refletem a luz que os atingem, formando a imagem num ponto a sua frente.

Imagem: Pixabay

No início do século XVII, Galileu Galilei, usando os princípios de refração das lentes, construiu sua própria luneta, a qual usava para observar os corpos celestes. Sua luneta, depois de aperfeiçoada, podia ampliar em até 20 vezes a imagem, e consistia em uma lente convergente posicionada na extremidade de um cilindro, que gerava um foco na outra extremidade do mesmo cilindro, onde estava posicionada uma outra lente, dessa vez divergente, responsável por ampliar a imagem.

Na segunda metade do século XVII, Isaac Newton criou um telescópio refletor. Nele posicionou um espelho côncavo na extremidade posterior da entrada da luz, que refletia a luz recebida para um ponto próximo à extremidade anterior, onde posicionou um espelho plano a 45º de inclinação, que refletia a luz para uma lente objetiva (foco).

Imagem de Wikimedia Commons, modificado por CEPID CCES-eScience

 

Referências

Acuvue. Disponível em: <https://www.acuvue.com.br/problemas-nos-olhos/astigmatismo>. Acesso em: 26 jun. 2017.

A lei de Snell generalizada. e-física. Disponível em: <http://efisica.if.usp.br/otica/universitario/raios/snell_geral/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Astigmatismo. Hospital de Olhos de São Paulo. Disponível em: <http://www.hospitaldeolhos.net/especialidades-astigmatismo.asp>. Acesso em: 30 mai. 2018.

BONFADINI, Gustavo. O que é miopia. Instituto de Oftalmologia do Rio de Janeiro. Disponível em: <http://www.iorj.med.br/o-que-e-miopia/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

BONFADINI, Gustavo. O que é hipermetropia. Instituto de Oftalmologia do Rio de Janeiro. Disponível em: <http://www.iorj.med.br/o-que-e-hipermetropia/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

BONFADINI, Gustavo. O que é presbiopia. Instituto de Oftalmologia do Rio de Janeiro. Disponível em: <http://www.iorj.med.br/o-que-e-presbiopia/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

CAVALHEIRO, Carlos Alexandre. Polarização da Luz. InfoEscola. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisica/polarizacao-da-luz/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Lentes esféricas (continuação). Só Física. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Lentesesfericas/lentesesfericas2.php>. Acesso em: 30 mai. 2018.

LIRA, Júlio Cèsar Lima. Lei de Malus. InfoEscola. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisica/lei-de-malus/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Luz - Comportamento e princípios (continuação). Só Física. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Fundamentos/luz2.php>. Acesso em: 30 mai. 2018.

O que é retina. Lotten Eyes. Disponível em: <http://www.lotteneyes.com.br/glossario-retina/#>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Tipos de reflexão e refração. Só Física. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Fundamentos/tiposdereflexaoerefracao.php>. Acesso em: 30 mai. 2018.

THENÓRIO, Iberê. A luz que faz curva na água (experiência de Física). Manual do Mundo. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=F69tWoZa4ic>. Acesso em: 30 mai. 2018.

THENÓRIO, Iberê. Como entortar raios de luz com açúcar. Manual do Mundo. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=gqkSfAfyt30>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Refletores. Telescópios. Disponível em: <http://www.telescopiosastronomicos.com.br/refletores.html>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Refratores. Telescópios. Disponível em: <http://www.telescopiosastronomicos.com.br/refratores.html>. Acesso em: 30 mai. 2018.

 

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

1.   De que forma a lente divergente atua na correção da visão de um míope?

 

  1. A lente divergente espalha a luz num determinado ângulo fazendo com que, ao ser refratada na córnea, a luz seja divergida num foco sobre a retina.
  2. A lente divergente espalha a luz num determinado ângulo fazendo com que, ao ser refratada na córnea, a luz seja convergida num foco após a retina.
  3. A lente divergente espalha a luz num determinado ângulo fazendo com que, ao ser refratada na córnea, a luz seja convergida num foco sobre a retina.
  4. A lente usada para correção de miopia é convergente, e não divergente.

 

2.   O que diferencia uma lente de um espelho?

 

  1. As lentes apenas refratam a luz e os espelhos apenas a refletem
  2. As lentes refratam a maior parte da luz, refletindo uma pequena parte, e os espelhos refletem a maior parte da luz, refratando uma pequena parte.
  3. As lentes refletem a maior parte da luz, refratando uma pequena parte, e os espelhos refratam a maior parte da luz, refletindo uma pequena parte.
  4. As lentes apenas refletem a luz e os espelhos apenas a refratam.

 

3.   Desafio: Newton descobriu que as cores da luz visível são refratadas em ângulos diferentes ao mudarem o meio de propagação, criando o efeito arco-íris. Esse efeito era visto na luneta de Galileu, quando ele observava os astros. Você saberia dizer por que esse mesmo efeito não ocorre no telescópio de Newton?

 

  1. Porque o telescópio de Newton é composto por espelhos que refletem a luz e a lente de foco está muito próxima do olho, diminuindo consideravelmente a decomposição das cores.
  2. Porque o telescópio de Newton é feito com lentes especiais que refratam a luz sem decompor as cores, isso impede a decomposição das cores, tornando a imagem perfeitamente nítida.
  3. Porque o telescópio de Newton é feito com princípios matemáticos, muito complexos para serem tratados nesse texto, responsáveis pelo direcionamento da luz, que corrigem esse problema de decomposição das cores.
  4. Esse efeito, na verdade, ocorre igualmente no telescópio de Newton.

 

Respostas: 1-c, 2-b, 3-a.

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