Descubra tudo sobre Óptica e se prepare para sua prova!
Galileu, em demonstração de sua primeira luneta, em Veneza (1609)
De óculos e binóculos a microscópios e telescópios, nossa vida é cercada de instrumentos ópticos, dispositivos que auxiliam nossos sentidos a partir de lentes e espelhos para formar imagens que não seríamos capazes de enxergar com nossos próprios olhos. E nós nascemos com dois dos instrumentos ópticos mais incríveis de todos: nossos olhos.
1 – Combinação de Lentes e Microscópio Composto
Microscópio usual.
Instrumentos ópticos, como microscópios e câmeras, são invariavelmente construídos com múltiplas lentes. A razão principal para isso é melhorar a qualidade da imagem.
A análise de sistemas de duas lentes requer uma única regra: a imagem da primeira lente é o objeto da segunda lente. O raciocínio é similar para sistemas de mais lentes.
A figura abaixo mostra uma versão de um microscópio composto usando lentes delgadas. O instrumento é formado por uma objetiva (a lente mais próxima do objeto), de distância focal f(ob), e uma ocular (a lente mais próxima do olho), de distância focal f(oc). Esse tipo de instrumento é usado para observar pequenos objetos que estão muito próximos da objetiva.
O objeto O a ser observado (que pode ser um protozoário, grãos de pólen etc.) é colocado um pouco mais adiante que o primeiro ponto focal da objetiva, suficientemente próximo de F1 para que a distância p entre o objeto e a lente possa ser tomada como sendo aproximadamente f(ob). A distância entre as lentes é ajustada para que a imagem real, aumentada e invertida I, produzida pela objetiva, fique um pouco mais próxima da ocular que o primeiro ponto focal, F’1. Como o comprimento do tubo, s, da figura é normalmente muito maior que f(ob), podemos tomar a distância p’ entre a imagem I e a objetiva como sendo igual a s.
Dito tudo isso, é possível mostrar que o aumento lateral da objetiva é dado por
Como a distância entre a imagem I e a ocular é ligeiramente menor que a distância focal, a ocular se comporta como uma lente de aumento simples (lupa), produzindo uma imagem virtual, aumentada e invertida I’, que é a imagem final observada pelo operador do microscópio.
É possível demonstrar também que o aumento angular produzido pela ocular é
O aumento lateral total conseguido pelo instrumento é o produto do aumento produzido pela objetiva pelo aumento angular produzido pela ocular:
Não se assuste se você nunca viu essas equações na vida; elas raramente cairão no Enem (em outros vestibulares, talvez). O resto é só driblar aqui e ali e marcar gol!
Ou você pode golear a questão aplicando técnicas do karatê.
2 – A Visão Humana
O olho humano é um órgão maravilhoso e intricado. Mas vamos deixar os detalhes biológicos para os biólogos e nos focar nas propriedades ópticas do olho.
Nosso olho possui superfícies refratoras que focalizam os raios de luz incidentes – uma íris ajustável que controla a intensidade luminosa e um detector sensível à luz. A figura abaixo mostra a estrutura básica do olho humano.
Ele é aproximadamente esférico, com cerca de 2,4 cm de diâmetro. Uma lente fixa (córnea) e uma lente flexível (cristalino) são os elementos refratores do olho, que é preenchido por um fluido gelatinoso e claro chamado humor aquoso (na frente da lente) e humor vítreo ou corpo vítreo (atrás da lente), ambos com índice de refração aproximadamente igual ao da água. O cristalino permite a focalização do objeto e pode ser comprimido ou distendido (mudando seu foco) pelo músculo ciliar; este processo chama-se acomodação visual.
A íris é um diafragma, cuja abertura, a pupila, se contrai ou dilata conforme a intensidade da iluminação. Num olho normal, a luz incidente paralela é focalizada em um ponto da retina (fundo do olho). Nesta, estão as células (cone e bastonetes) que transmitem sinais ao nervo óptico, que está ligado ao cérebro.
Há uma pequena região da retina, a fóvea, em que a acuidade visual é máxima; geralmente, procuramos girar os globos oculares para que a imagem do objeto que queremos “olhar” caia sobre ela.
Tá olhando o quê, meu irmão? Tô com sangue nos olhos, tô nervoso!
3 – Defeitos da Visão e suas Correções
A acomodação do cristalino, mudando sua distância focal, permite que um olho normal de uma pessoa jovem possa ver com nitidez desde um ponto remoto, uma distância muito grande (infinita) até um ponto próximo, localizado a cerca de 25 cm do olho, mas o ponto próximo varia com a idade. O ponto próximo “normal” de 25 cm é para adultos relativamente jovens, mas, para muitas pessoas de 45 ou 50 anos, é preciso afastar o objeto até cerca de 60 cm. É por isso que geralmente nossos pais esticam bem o braço para ver algo de forma nítida.
Essa perda de acomodação visual provocada pela perda da flexibilidade do cristalino é chamada de presbiopia e pode ser corrigida com o uso de lentes convergentes. Outros dois defeitos de visão bastante comuns é a hipermetropia e a miopia.
O míope não consegue ver nitidamente objetos afastados, em virtude de um alongamento do globo ocular. As imagens formam-se na frente da retina, e o ponto remoto localiza-se a uma distância finita, em razão da convergência muito grande do cristalino. Entretanto, o observador tem boa visão de perto. A miopia pode ser corrigida com o uso de lentes divergentes.
Já o hipermetrope não consegue ver nitidamente objetos próximos, em virtude de um achatamento do globo ocular. As imagens se formam atrás da retina, e o ponto próximo localiza-se a mais de 25 cm do globo ocular, em razão da convergência deficiente do cristalino. Entretanto, o observador tem boa visão à distância. A hipermetropia pode ser corrigida com o uso de lentes convergentes.
Há ainda o astigmatismo, que é uma imperfeição em que as superfícies que formam o globo ocular apresentam diferentes raios de curvatura, isto é, existe uma falta de simetria de revolução em torno do eixo óptico. Pode ser corrigido com o uso de lentes cilíndricas, que compensam as diferenças entre os raios de curvatura.
Por fim, temos o estrabismo.
É uma anomalia que consiste no desvio do eixo óptico do globo ocular. Pode ser corrigido com o uso de lentes prismáticas.
