Lentes convergentes e divergentes, espelhos côncavos e convexos

Um sistema óptico pode ser definido como qualquer elemento físico que realize interação com a luz, ou seja, que altere as características dos raios luminosos que nele incidem. Lentes convergentes e divergentes, espelhos côncavos e convexos, telescópios, prismas, superfícies polidas, gotas-d’água e papel podem ser considerados, cada um à sua maneira, sistemas ópticos.

Veja logo abaixo um vídeo pra entender melhor esse assunto e depois continue com a leitura.

Para cada sistema óptico, em sua interação com a luz, associa-se uma imagem (representada pela luz que sai do sistema óptico) e um objeto (representado pela luz que chega ao sistema óptico).

Veja também:

Reflexão e refração da luz.
Princípios básicos da óptica geométrica
As propriedades da luz – Resumo
Definição de corrente elétrica, tensão, diferença de potencial e resistência

Uma bailarina pode ver, no espelho plano colocado na parede, sua própria imagem e a imagem de outros componentes da sala. Ela, a parede e os outros elementos são os corpos (ou pontos) de onde parte a luz que incide no espelho; esses corpos são classificados como objetos reais (ou pontos objetos reais).

O que se vê aparentemente dentro do espelho são as imagens, que representam a luz que emerge dele. A bailarina e os demais objetos não estão realmente dentro do espelho: é a luz emitida por eles que incide no espelho, é refletida e se propaga até os olhos do observador.

Um objeto real, dependendo do sistema óptico, pode gerar dois tipos de imagem: as imagens virtuais e as reais. Os espelhos planos produzem sempre imagens virtuais de objetos reais. A imagem virtual é vista “dentro do espelho” no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refletidos (nos esquemas, os prolongamentos serão representados por raios tracejados). Observe as representações a seguir.

Nas ilustrações acima, P é o objeto real, pois dele partem os raios incidentes no espelho. P’ é o ponto imagem virtual do objeto P, conjugada pelo espelho, obtida no ponto de encontro dos prolongamentos (linhas tracejadas) dos raios refletidos. Outra característica de uma imagem virtual é que ela não pode ser projetada sobre telas.

imagem real é aquela que pode ser projetada sobre telas e pode ser obtida utilizando-se espelhos côncavos ou lentes convergentes. Ela é obtida no ponto de cruzamento dos raios emergentes do sistema óptico. Um projetor de filmes utiliza uma lente convergente para projetar imagens reais. O objeto real é o filme fotográfico que está dentro do projetor, e a imagem real é a que está projetada na tela.

Ao considerarmos o espelho um sistema óptico, a bailarina é um objeto real e a balarina “dentro do espelho’1 é uma imagem virtual.

imagem virtual

Veja aqui no site uma aula sobre sistema nervoso.

SISTEMAS ÓPTICOS

Vamos estudar alguns sistemas ópticos: os espelhos planos, os espelhos esféricos côncavos, os espelhos esféricos convexos, as lentes esféricas convergentes e as lentes esféricas divergentes.

Espelhos

Os espelhos são sistemas ópticos que fazem uso da reflexão da luz em superfícies planas ou curvas. As superfícies refletoras planas são chamadas de espelhos planos e as superfícies refletoras esféricas são chamadas de espelhos esféricos. Independentemente da forma da superfície refletora, a reflexão ocorre sempre do mesmo modo.

Lentes convergentes e divergentes, espelhos côncavos e convexos

Em que:

P = ponto de incidência (ponto onde o raio incidente encontra a superfície refletora)

S = superfície refletora

RI = raio incidente (raio que incide sobre a superfície refletora)

RR = raio refletido (raio que retorna ao meio depois de incidir)

N = reta normal (perpendicular) à superfície refletora no ponto de incidência

i = ângulo de incidência (ângulo formado entre a normal e o raio incidente) r = ângulo de reflexão (ângulo formado entre a normal e o raio refletido)

Analisando-se o raio incidente e o raio refletido, pode-se verificar que o ângulo de incidência (?) apresenta a mesma medida do ângulo de reflexão (r):

superfície refletora

Por exemplo, se um raio de luz incide em uma superfície refletora com um ângulo f = 30° em relação à normal (N), o ângulo de reflexão, em relação à normal, também será de 30°.

Espelhos planos

Para determinar a posição da imagem formada por espelhos planos, faz-se o procedimento descrito a seguir:

  • Traçam-se dois raios que saem do objeto (P) e incidem no espelho (E) (figura 1).
  • Traçam-se os raios refletidos (figura 2).
  • Faz-se o prolongamento dos raios refletidos até seu cruzamento, onde se localiza a imagem P’, pois um observador que recebe a luz refletida tem a sensação    visual de que a fonte de luz está localizada no encontro dos raios refletidos (figura    3).
  • Analisando a formação da imagem a partir dos raios incidentes e refletidos, pode-se evidenciar que existe uma simetria a partir do espelho, ou seja, a imagem (P’) e o objeto (P) são simétricos em relação ao plano do espelho. A distância (d) do objeto ao espelho é igual à distância (dJ) da imagem ao espelho (d = d’).

lentes convergentes e divergentes, espelhos côncavos e convexos

É possível constatar essa simetria colocando-se de frente a um espelho plano em que você possa se ver por inteiro. Você (objeto real) e sua imagem estarão à mesma distância do espelho (principio da simetria); sua altura e a altura da imagem também serão iguais. Se você levantar o braço direito, verá que sua imagem levantará o braço esquerdo (imagem reversa). Dessa forma, por ser simétrica, a imagem torna-se revertida em relação ao objeto: o lado direito é visto como esquerdo e o esquerdo, como direito.

Os espelhos planos conjugam imagens virtuais, direitas, de mesmo tamanho que o objeto e revertidas.

Pode-se determinar por simetria a imagem de um objeto extenso conjugada por espelhos planos fazendo-a ponto a ponto.

Imagem revertida ou imagem invertida?

É importante não confundir imagem revertida com imagem invertida. A imagem invertida será vista de ponta–cabeça em relação ao objeto real. As imagens virtuais serão sempre direitas em relação aos objetos reais e nunca se apresentarão invertidas.

Espelhos esféricos e convexos

Os espelhos esféricos são superfícies refletoras que têm a forma de uma calota esférica. Para obtê-los, é feito um corte em uma esfera refletora (como em uma bola de Natal). Assim, esses espelhos apresentam um centro de curvatura (C), de onde se determina o raio de curvatura (r) da esfera e, consequentemente, do espelho. Se a parte refletora for a face interna da calota, será denominado espelho côncavo. Se a face espelhada for a externa, será denominado espelho convexo.

espelhos esféricos

Imagens formadas por espelhos côncavos

Quando o objeto está próximo, o espelho côncavo forma urna imagem direita e maior do que o objeto.

Imagens formadas por espelhos convexos

Os espelhos convexos sempre formam imagens menores do que as proporcionadas peios espelhos planos. Porém, proporcionam um campo visual maior.

Campo visual é o nome que se dá à região que pode ser observada por refiexào no espelho. O campo visual depende do tipo de espelho, de seu tamanho e da sua posição em relação ao observador.

Lentes convergentes e divergentes

A lente esférica é um sistema óptico constituído por três meios transparentes, limitados por duas superfícies curvas ou por uma superfície curva e outra plana. Em geral, considera-se que os meios externos que envolvem a lente são homogêneos, isto é, idênticos (o ar, por exemplo). O meio intermediário constitui a lente propriamente dita, a qual é feita principalmente de vidro, cristal ou acrílico.

As lentes esféricas podem ser côncavas ou convexas. As lentes côncavas têm a parte central mais fina que as bordas, por isso são chamadas de lentes de bordas espessas. As lentes convexas têm a parte central mais larga e as bordas mais finas, estreitas; por isso, são chamadas de lentes de bordas finas.

O quadro a seguir apresenta os tipos de lente que existem e seus nomes.

Lentes convergentes e divergentes

O comportamento óptico de uma lente depende de sua forma, do material de que é feita e do meio onde ela está inserida. Em geral, o meio externo às lentes é o ar e, nesse caso, as lentes de bordas finas (convexas) apresentam comportamento convergente e as de bordas espessas (côncavas) apresentam comportamento divergente.

Imagens formadas por lentes convergentes

Alguns sistemas ópticos utilizam lentes convergentes, obtendo imagens com tamanho maior, menor ou igual ao do objeto, de naturezas reais ou virtuais, dependendo da posição do objeto em relação à lente.

Outros sistemas, ainda, formam imagens reais, maiores que o objeto. Os projetores, em geral, são sistemas ópticos que se utilizam de lentes convergentes.

Imagens formadas por lentes divergentes

A imagem formada por uma lente divergente tem sempre tamanho menor que a do objeto. Os óculos para correção de miopia são exemplos de sistemas ópticos que conjugam as imagens dessa forma.

Resumo da aula lentes convergentes e divergentes, espelhos côncavos e convexos

  • Sistemas ópticos.
  • Imagens de objetos reais.
  • As principais características de um espelho plano.
  • As características da reflexão especular da luz.
  • Imagens de objetos reais em espelhos planos.
  • Espelhos esféricos.
  • Lentes esféricas.
  • Algumas características das imagens obtidas em lentes convergentes e divergentes.

Não se esqueça de dizer o que achou da aula Lentes convergentes e divergentes, espelhos convexos e côncavos. Deixe um comentário.

https://www.youtube.com/watch?v=Gcq_6F75qio&feature=youtu.be

fonte: Companhia Das Ciências – 9º Ano – Usberco, Joao; Salvador,Edgard; Manoel Martins,José; Schechtmann,Eduardo; Ferrer,Luiz Carlos; Martin Velloso,Herick

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