• Propagação da luz e lentes

- Material
- Experiência 4.1: propagação da luz
- Experiência 4.2: lentes esféricas
- O olho humano
• Formação e posição da imagem nos espelhos planos

- Experiência 4.II:Posição da imagem no espelho
       Formação da imagem no espelho plano
• Como se forma o arco-íris
• Caixa de Cores NOVO!

Material

• 1 espelho plano de 5cm X 1.5cm
• 1 régua milimetrada
• 4 alfinetes de ponta comum
• transferidor
• 1 lente esférica
• 1 anteparo (pode ser uma caixa de sucrilho, em pé, com uma folha branca numa face)
• 1 placa de isopor
• 2 folhas de papel sulfite
• 6 alfinetes de ponta colorida
• 1 esquadro
• 1 vela

Experiência 4.1

1. Coloque a folha de papel sobre a placa de ispor. Espete 2 alfinetes na folha de papel e procure, com seus olhos rentes à placa, a posição em que um alfinete desaparece atrás do outro.

2. Alinhe um 3º alfinete com os dois primeiros.

3. Retire os alfinetes, e, com o auxílio da régua, ligue os pontos onde estavam os alfinetes (Fig 19).

a) O que se observa no ítem 3 ?
b) Se a luz tivesse percurso não reto, você observaria o mesmo que no ítem (a) ? Por que ?

Observação pedagógica: Diversas pesquisas educacionais mostraram que crianças muitas vezes imaginam que nosso olho emite algo como "raios visuais" que se dirigem ao objeto e o tornam visível. O professor pode aproveitar a discussão para deixar claro que a luz é algo externo, proveniente do Sol ou de uma lâmpada e que atinge o objeto. Depois de refletida por este a luz se dirige ao nosso olho numa trajetória reta.

Experiência 4.2

Lentes esféricas

1. Observe antentamente sua lente e classifique-a de acordo com a relação da complementação teórica.

2. Coloque a lente no sol e observe a concentração da luz solar no foco da lente. A concentração de energia é tão grande que se consegue queimar um pedaço de madeira. Determine a distância focal (f) da lente, isto é, a distância entre a lente e o foco. Focus em latim quer dizer fogo. Se nãohouver luz do sol à disposição, podemos usar um objeto luminoso muito distante como, por exemplo, uma lâmpada no fundo da sala.

3. Escureça um pouco a sala, coloque o anteparo e a vela acesa em sua frente, a uma distância de a = 40cm. Intercale a lente no trajeto, variando a distância, até a imagem que se forma no anteparo ficar nítida. O que se observa ?

4. Tente repetir a experiência com uma distância entre o objeto e o anteparo da ordem de b=8 cm. O que se percebe ?

5. Coloque em ordem crescente os valores de a, b e f. Voce consegue dizer qual a condição para que se possa projetar uma imagem ?

6. Use a lente como lupa de aumento, para ver objetos pequenos sobre a mesa. Meça a distância entre o objeto e a mesa e compare-a com a distância focal f.Qual sua conclusão?

As lentes são constituídas por um meio transparente (este meio é, em geral vidro ou plástico), limitado por faces curvas, que normalmente são esféricas. As lentes possuem faces côncavas ou convexas, podendo uma delas ser plana, como mostra a figura 20.

As lentes que apresentam as extemidades mais finas do que a parte central (como a lente biconvexa) são convergentes e as que apresentam as extremidades mais espessas do que a parte central (como a lente bicôncava) são divergentes (Fig. 20).

Figura 21: A figura ilustra a formação de imagem

O ponto do eixo para onde os raios de luz, que provêm do infinito, convergem, ao atravessarem paralelamente uma lente convergente, é chamado foco, e a distância deste ponto à lente é chamada distância focal.

A luz que é emitida por um objeto pequeno qualquer, afastado da lente, pode atravessar uma lente convexa e se encontrar num ponto do espaço onde se forma a imagem. Se colocamos um anteparo neste ponto observa-se a projeção nítida desta imagem (invertida) (fig. 21).

O Olho Humano

De maneira simplificada podemos considerar o olho humano como constituído de uma lente biconvexa, denominada cristalino, situada na região anterior do globo ocular (Fig. 22). No fundo deste globo está localizada a retina, que funciona como anteparo sensível a luz. As sensações luminosas, recebidas pela retina, são levadas ao cérebro pelo nervo ótico.

Quando olhamos para um objeto, o cristalino (lente convergente) forma uma imagem real e invertida deste objeto, localizada exatamente sobre a retina, e nestas condições, enxergamos nitídamente o objeto. Embora a imagem formada na retina seja invertida, a mensagem levada ao cérebro passa por processos complicados, fazendo com que enxerguemos o objeto em sua posição correta.

Conseguimos enxergar nitidamente um objeto quer ele esteja mais próximo ou mais afastado de nosso olho. Isto acontece porque a imagem está se deformando sempre sobre a retina, qualquer que seja a distância do objeto ao nosso olho. Em outras palavras, a distância, D, da imagem ao cristalino (lente) fica constante, enquanto varia a distância, d, do objeto a ele. Para que isto ocorra, a distância focal do cristalino deve ser diferente para cada posição do objeto. Este efeito é produzido pela ação dos músculos do olho, que, atuando sobre o cristalino provocam alterações em sua curvatura. Esta propriedade do olho é denominada acomodação visual.

Para muitas pessoas, a imagem de um objeto não se forma exatamente sobre a retina e, assim, estas pessoas não enxergam nitidamente o objeto.O motivo pelo qual isto ocorre pode ser ou uma deformação do globo ocular, ou uma acomodação defeituosa do cristalino.

Em algumas pessoas, a imagem se forma na frente da retina, estas são as pessoas míopes. Para se corrigir este defeito, ou seja para que a imagem se forme sobre a retina, uma pessoas míope deve usar óculos com lentes divergentes (fig. 23).

Por outro lado em outras pessoas, geralmente as mais idosas, os raios luminosos são interceptados pela retina antes de se formar a imagem (a imagem se formaria atrás da retina). Dizemos que estas pessoas têm hipermetropia ou "vista cansada". Este defeito é corrigido usando-se óculos com lentes convergentes (fig.24).

Figura 24: Uma pessoa hipermétrope deve usar óculos com lentes convergentes.

Formação e posição da imagem nos espelhos planos

Experiência 4.II

1. Disponha, verticalmente, um espelho plano sobre a folha de papel (que deve estar sobre a placa de isopor) com auxílio de 2 alfinetes, presos ao espelho com fita adesiva (Fig. 25).

Figura 25: Montagem para a determinação da posição da imagem

2.Coloque um alfinete, de ponta colorida, de pé, em frente ao espelho, a uma distância de 4 cm do mesmo.

3. Com auxílio de outro alfinete, este de ponta comum, atrás do espelho, procure obter a posição coincidente com a posição da imagem do alfinete de ponta colorida. Esta posição é obtida quando não se observar mais paralaxe entre o alfinete de ponta comum (atrás do espelho) e a imagem do alfinete de ponta colorida. Marque, entáo, a posição encontrada.
a) Usando a régua, meça a distância entre as posições do espelho e da imagem do objeto. O que se observa ?
b) Repetindo algumas vezes os três últimos procedimentos para diferentes distâncias espelho-objeto, o que se pode concluir quando a relação entre as distâncias espelho-objeto e espelho-imagem ?

Formação da imagem no espelho plano

4. Repita o procedimento do ítem 1.

5. Espete um alfinete de ponta colorida a 4 cm do espelho (este alfinete será nosso objeto). Procure alinhar os alfinetes (de ponta comum) com a imagem do alfinete de ponta colorida que você vê visando-a de uma posição um pouco a esquerda do espelho (Fig. 26).

Figura 26: Alinhando os alfinetes com a imagem observada.

6. Agora, alinhe dois alfinetes com a imagem do alfinete de ponta colorida que você vê visando-a de uma posição um pouco à direita do espelho (Fig. 27).

Figura 27: Alinhando os alfinetes com a imagem em outra posição

7. Retire o espelho, marque sua posição e trace as retas que contém os alfinetes do lado esquerdo com a imagem e os alfinetes do lado direito com a imagem.

8. As duas retas obtidas no procedimento anterior seccionam a posição marcada do espelho em pontos que se denominam de "pontos de incidência". Trace agora duas retas que unam o objeto (alfinete de ponta colorida) aos pontos de incidência.
As retas que ligam o objeto ao espelho, ou melhor, ao ponto de incidência do espelho, representam os raios luminosos que chegam ao espelho saindo do objeto - são denominados "raios incidentes" (Fig. 28). As retas que ligam os alfinetes alinhados com a imagem ao espelho (no ponto de incidência) representam os "raios refletidos".

Os raios incidentes e refletidos formam com a "normal" (reta perpendicular ao espelho no ponto de incidência ), ângulos denominados de incidência (i) e de reflexão (r) (Fig. 29).

Figura 29

9. Mudando a posição do objeto (alfinete de ponta colorida), meça três vezes os ângulos de incidência e seus correspondentes ângulos de reflexão (use o transferidor). A partir dos resultados obtidos nas medidas dos ângulos de incidência e reflexão, pode-se dizer que existe alguma relação entre eles ? Qual ?

A luz branca é uma mistura de várias cores. Quando a luz atravessa uma superfície líquida ou sólida (transparente), a refração faz aparecer o espectro de cores - violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho. Quando a luz do sol atravessa um trecho de chuva, ela é refletida e refratada no interior das gotas e devolvida em várias cores ao ambiente, como observado na figura 30.

Figura 30 Refração numa única gota

Um observador olhando para a chuva verá, em diversos ângulos diversas cores. O ângulo entre o eixo sol-observador e as gotas que parecem coloridas é de aproximadamente 42º em todas as direções ao redor deste eixo (fig. 31).

Figura 31: ângulo entre o eixo sol-observador e as gotas

O resultado disso é que o observador verá um arco colorido contra o fundo do céu chuvoso.