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quinta-feira, 25 de setembro de 2014

FÍSICA - LENTES ESFÉRICAS

Lentes são "fatias" de um material transparente e homogêneo com duas faces não paralelas e envoltas por outro material também transparente e opticamente diferente, ou seja, com índices de refração de valores distintos. 
As lentes esféricas, aquelas que têm pelo menos uma das faces esféricas (a outra pode ser plana), são seis e podem ser agrupadas em duas famílias: as de bordas finas (também chamadas de lentes convexas) e as de bordas grossas (conhecidas também como lentes côncavas). 
A figura abaixo nos mostra os seis perfis diferentes e possíveis de lentes esféricas.
Slide de uma de minhas aulas multimídia de óptica geométrica 
É bastante comum as lentes serem de vidro (ou resinas transparentes) e ficarem mergulhadas no ar. Neste caso, são lentes de material mais refringente do que o meio externo. 
E, quando isso acontece, as lentes convexas (bordas finas) são convergentes, concentram a luz, enquanto que as lentes côncavas (bordas grossas) são divergentes, ou seja, espalham a luz.
Olhe bem para a foto no topo deste post e me responda: com qual das seis lentes acima ( e organizadas em duas famílias) a gota d'água mais se parece? Se respondeu biconvexa, acertou na mosca! 
A gota d'água tem uma região central quase esférica que se aproxima de uma lente biconvexa, só que um pouco mais "gordinha", ou seja, com espessura grande, como podemos verificar na figura abaixo.

A gota d'água tem a forma biconvexa com grande espessura
A gota d'água é, com boa aproximação, uma lente de bordas finas (mais grossa na região central e que vai afinando na medida em que nos aproximamos das bordas). E, como a água tem índice de refração (médio) próximo de nágua = 1,33 contra o ar que tem índice de refração menor, praticamente igual ao do vácuo (nar= nvácuo = 1,0), nossa lente de água é certamente convergente, ou seja, concentra a luz. A ilustração abaixo dá uma ideia (aproximada) de dois raios de luz que partem da flor (objeto) e, após atravessarem a gota d'água (lente), convergem para formar uma imagem nítida, real, invertida e reduzida da flor.

Esquema aproximado de raios que atravessam a gota e formam a imagem
Com eu já disse, a gota é uma lente biconvexa de espessura grande, situação física distante da ideal. Segundo Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855), matemático alemão e estudioso da Óptica, as lentes ideais devem ter, dentre outras coisas, espessura pequena. Em outras palavras, devem ser lentes fininhas. O esquema ideal correspondente à situação da gota d'água que forma a imagem da flor está ilustrado abaixo.

O mesmo esquema, agora idealizado, com uma lente "gaussiana"
Note que a imagem real da flor é invertida. Na foto, como o fundo está propositalmente borrado pelo fotógrafo, não temos referência para sabermos que houve esta inversão. Mas certamente houve! Aliás, imagens reais são sempre invertidas em relação ao objeto.

Você também pode observar
Num dia de chuva, quando você estiver andando de carro, preferencialmente como carona, observe de perto cada uma das gotinhas d'água que ficam "grudadas" no vidro. Elas funcionam como pequenas lentes convergentes que formarão imagens reais, invertidas e reduzidas da paisagem de fundo que estará suficientemente afastada da lente (gotinha). 
Falando científicamente...
As lentes esféricas são meios transparentes, nos quais a luz pode se propagar. Possuem duas faces esféricas ou uma face esférica e a outra plana. As lentes podem apresentar dois comportamentos ópticos: convergente e divergente.

Os raios das faces das lentes R1 e R2 podem ser iguais ou diferentes. Se a face for plana, significa que o raio é igual a infinito.
Para nomear as lentes, citamos em primeiro lugar o nome da face de maior raio de curvatura.

Lentes de bordos finos
Observação: A nomenclatura das lentes de bordos finos termina sempre por convexa. 
A de bordos grossos sempre termina por côncava.

Lente convergente

Uma lente é classificada como convergente quando um feixe de luz paralelo, incidente nela, formar um ponto imagem real. Esquematicamente:

Lente divergente

Uma lente é classificada como divergente quando um feixe de luz paralelo, incidente nela, formar um ponto imagem virtual. Esquematicamente temos:
http://www.infoescola.com/optica/lentes-esfericas/
http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/arch2011-04-24_2011-04-30.html

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