6 - Lentes esféricas:Experimentos

6.1 - Perfis de lentes esféricas - Trajetória dos raios
6.2 - Perfis de lentes esféricas - Determinação do foco
6.3 - Lentes esféricas
6.4 - Lentes esféricas convergentes - Foco
6.5 - Lentes Convergentes - Formação de Imagens
6.6 - Lentes Divergentes - Formação de Imagens

6.1 - Perfis de lentes esféricas - Trajetória dos raios

Material:

• Trilho ótico;
• fonte de luz;
• diafragma com três fendas;
• plataforma;
• perfis de lentes esféricas;
• folhas de papel branco;
• fita adesiva.

• Fixe com fita adesiva uma folha de papel branco sobre a plataforma.
• Monte o trilho ótico com os elementos conforme o esquema da Figura 6.11.




Figura 6.11- Disposição da fonte de luz da fenda tripla e da plataforma, sobre o trilho ótico
 

• Coloque, sobre a plataforma, o perfil de lente esférica plano-convexa.
• Ligue a fonte de luz e faça os raios incidirem na lente, primeiro através da superfície plana e depois, através da superfície convexa.
• Observe a trajetória dos raios refratados.
• Retire as fendas do trilho e observe novamente a refração da luz.
• O que acontece com os raios refratados?
• Troque a lente cilíndrica plano-convexa pela lente plano-côncava e repita toda a experiência.
• Nesse caso, o que ocorre com os raios refratados?
• Qual a diferença entre a lente convexa e a côncava?

6.2 - Perfis de lentes esféricas / Determinação do foco

Objetivo: Determinar a distância focal dos perfis de lentes esféricas.

Material:

• Trilho ótico;
• fonte de luz;
• diafragma com três fendas;
• plataforma;
• perfis de lentes esféricas;
• folha de papel branco;
• fita adesiva.

• Monte o trilho ótico e os elementos como no caso da experiência anterior.
• Coloque o perfil de lente esférica plano-convexa sobre a plataforma.
• Observação: os raios de luz provenientes das fendas devem ser aproximadamente paralelos.
• Faça os raios incidirem bem no centro do perfil, através da superfície convexa.
• Posicione o perfil de lente de modo que o raio central não sofra desvio ao passar por ele (esse raio definirá o eixo principal da lente).
• Se você agiu corretamente, os raios refratados devem cruzar o eixo principal aproximadamente num mesmo ponto, denominado foco da lente convergente.
• Apoie o perfil de lente sobre a plataforma e, com um lápis, desenhe o seu contorno sobre o papel.
• Marque também a posição do foco da lente.
• Retire o perfil da plataforma.
• Meça a distância entre o foco e o centro da lente (distância focal da lente).
• Compare seu resultado com os de outros colegas.

• Agora, troque o perfil de lente plano-convexa pelo perfil da plano-côncava.
• Faça os raios de luz incidirem sobre a superfície côncava do perfil de lente.
• Como antes, o raio central não deve sofrer desvio, o que definirá o eixo principal da lente.
• Trace, sobre a plataforma, o contorno do elemento.
• Marque alguns pontos sobre as trajetórias dos três raios, antes e depois de serem refratados.
• Retire o perfil de lente da plataforma.
• Trace a trajetória dos raios.
• Se você agiu corretamente, os prolongamentos dos raios refratados devem se cruzar num mesmo ponto do eixo principal, situado antes da lente.
• Esse ponto é definido como o foco da lente divergente.
• Prolongue os raios refratados até que eles se cruzem.
• Meça a distância focal da lente.
• Compare seus resultados com os dos outros colegas.

Objetivo: Observar os diferentes tipos de lentes esféricas disponíveis e as imagens geradas por elas.

Material: Todos os tipos de lentes esféricas disponíveis.

Procedimento:

• Separe as lentes convergentes (biconvexas ou plano-convexas) das divergentes (bicôncavas ou plano-côncavas).
• Com ambos os tipos de lente, observe a imagem de seu próprio dedo colocado bem próximo da lente.
• Lentamente, afaste o dedo da lente observando o que ocorre com a imagem.
• Qual desses dois tipos de lente aumenta a imagem do seu dedo, e qual diminui?
• Você poderá observar que as lentes dos óculos de uma pessoa míope diminuem a imagem do objeto, enquanto que as de um hipermétrope aumentam. Verifique.
• Dentre as lentes que aumentam a imagem do objeto, qual delas fornece o maior aumento, e qual fornece o menor aumento?
• Uma lente de aumento serve como instrumento ótico e é denominada microscópio simples ou lupa (Figura 6.6).
• Agora, com ambos os tipos de lente, afaste a lente de seu olho e observe a imagem de um objeto bem distante.
• Qual delas inverte a imagem do objeto?
• Compare seus resultados com os de outros colegas.

Objetivo: Medir o valor aproximado das distâncias focais das lentes convergentes.

Material:

• Trilho ótico;
• fonte de luz;
• lentes convergentes (biconvexas ou plano-convexas);
• anteparo;
• folha de papel branco;
• fita adesiva;
• trena.

• Com a fita adesiva, fixe uma folha de papel sobre o anteparo.
• Coloque uma lente convergente numa extremidade do trilho ótico e o anteparo na outra extremidade.
• Ligue a fonte de luz e coloque-a fora do trilho, a uma distância de 3 a 5 m da lente, conforma indica a Figura 6.13.




 Figura 6.13- Disposição da fonte de luz afastada da lente convergente
 

• A fonte deve estar alinhada com a lente e o anteparo.
• Observe que, nessas condições, os raios de luz que chegam até a lente são praticamente paralelos.
• Movimente o anteparo até obter sobre ele, a projeção de uma imagem nítida.
• Nesse ponto está situado o foco da lente. Por quê?
• Observe que essa experiência é basicamente a mesma que as crianças fazem, ao
• queimar papel com uma lupa na luz do sol.
• Com o auxílio da trena, meça a distância focal da lente.
• Anote esse valor, para utilizá-lo posteriormente.
• Troque a lente pelas outras de formatos diferentes e meça as suas distâncias focais, anotando sempre os resultados.
• De maneira geral, que relação existe entre o formato da lente convergente e a sua distância focal?
• Compare seus resultados com os dos outros colegas.
• Por que não é possível realizar esta experiência com as lentes divergentes? Verifique isso.

6.5 - Lentes convergentes / Formação de imagens

Objetivos:

• Observar a projeção de imagens geradas por lentes convergentes.
• Calcular a distância focal da lente através da lei de Gauss.
• Verificar a equação da ampliação da imagem no caso de imagem real.

• Trilho ótico;
• fonte de luz;
• diafragma com a letra "F";
• lente esférica convergente;
• anteparo;
• folha de papel branco;
• fita adesiva;
• trena.

• Monte o experimento conforme a Figura 6.14.




Figura 6.14- Disposição da fonte de luz, diafragma "F", lente convergente e anteparo.
 

• A distância entre o objeto e a lente deve ser maior do que a distância focal da lente.
• Varie a posição do anteparo até obter, sobre ele, a projeção de uma imagem nítida.
• Com a trena, meça as distâncias do objeto à lente (p) e do anteparo à lente (q).
• Utilizando a lei de Gauss, calcule a distância focal da lente (observe a convenção de sinais para lentes - Figura 6.10).
• Repita essa experiência pelo menos mais quatro vezes para calcular o valor médio entre todos os valores das distâncias focais.


• Preencha a Tabela 6.1 com os resultados.
Clique aquí para preencher a Tabela 6.1
• Quanto maior for o número de medidas, mais preciso será o valor encontrado.
• Compare o resultado com aquele que você obteve para a mesma lente na experiência anterior.
• Repita a experiência mais uma vez, medindo, além das distâncias p e q, as alturas do objeto (OO') e da imagem (II').
• Analogamente ao que foi feito no caso dos espelhos côncavos, substitua esses valores na Equação 6.6 da Ampliação para lentes e analise a igualdade.
• Observe que a relação II'/OO' deve ser aproximadamente igual a -p/q.
• Por que a igualdade acima não é exata?
• Verifique que, ao aproximarmos o objeto da lente, a imagem vai aumentando e, ao mesmo tempo, vai ficando cada vez mais distante da lente.
• Colocando o objeto sobre o foco da lente, a imagem estará situada no infinito (Figura 6.2b).
• Analogamente ao caso dos espelhos côncavos, se o objeto estiver entre a lente e seu foco, a imagem será virtual e não mais poderá ser projetada (Figura 6.6). Verifique.
• Você poderá observar a imagem colocando o seu olho no lugar do anteparo e olhando diretamente para a lente.Dessa forma, a lente funciona como uma lupa.
• Verifique que a imagem gerada por uma lente divergente não pode ser projetada (analogamente ao que ocorre no caso dos espelhos convexos).

Objetivos:

• Observar a formação de imagens por lentes divergentes.
• Calcular a distância focal utilizando a lei de Gauss.

• Trilho ótico;
• lentes divergentes (bicôncavas ou plano-côncavas);
• varetas coloridas;
• trena.

• Monte a experiência conforme o esquema da Figura 6.15.

 

 
 
 



Figura 6.15- Disposição do objeto (vareta colorida) em frente à lente divergente.
 

• Considere a vareta como objeto.
• O objeto e a sua imagem estão situados no mesmo lado da lente (Figura 6.5b).
• Você poderá observar a imagem olhando para o objeto através da lente, ou seja, posicionando seu olho no lado de trás da lente.
• Varie a distância entre o objeto e a lente e observe que a imagem será sempre virtual, direita e menor que o objeto.
• Agora, analogamente ao caso dos espelhos convexos, vamos determinar a posição da imagem utilizando o método da paralaxe.
• Coloque uma vareta auxiliar entre o objeto e a lente.
• Olhando para a lente, você observará as imagens das duas varetas, e acima da lente, você verá as pontas dessas varetas.
• Utilizando o método da paralaxe, procure posicionar a ponta da vareta auxiliar exatamente sobre a imagem do objeto (vareta mais distante).
• Em seguida meça as distâncias da imagem à lente (q) e do objeto à lente (p).
• Utilizando a lei de Gauss, calcule a distância focal da lente.
• Repita a experiência pelo menos mais quatro vezes para calcular o valor médio das distâncias focais.


• Preencha a Tabela 6.2 com os resultados.
Clique aquí para preencher a Tabela 6.2
• Quanto maior for o número de medidas, mais preciso será o valor encontrado.
• Compare seus resultados com os de outros colegas.