Física – Ótica geométrica

Instrumentos óticos

Na categoria Instrumentos óticos, nos referimos a todos os dispositivos óticos, sejam espelhos, prismas, lâminas de faces paralelas, diversas combinações entre eles, visando um determinado objetivo de observação de objetos grandes, mas muito distantes, ou objetos minúsculos, com uma boa ampliação. Enfim servem para estudar o Universo, desde o micro-cosmos até o macro-cosmos.

Começaremos pelo mais simples dos instrumentos, que é constituído apenas de uma lente convergente.

Lupa

Lupa ou microscópio simples

É uma lente convergente, de distância focal pequena, usada para ampliar a imagem de pequenos objetos, para facilitar a identificação de detalhes. Certamente já deve ter visto algum dos filmes antigos, onde um detetive famoso, chamado de Sherlock Holmes, aparecia com sua indefectível lupa, buscando vestígios que o levariam à elucidação de algum crime, de difícil solução. Uma das consequências desse procedimento é a comparação das impressões digitais, deixadas pela pele nas pontas dos dedos, nos objetos tocados. A Lupa acabou por tornar-se uma espécie de símbolo dos detetives.

Não existe no mundo hoje, um departamento de polícia que não disponha de uma equipe especializada em fazer uso desse recurso. O uso da Lupa permite ver onde há sinais de impressões. Para torná-las mais visíveis, recorre-se a um produto químico que adere a pequena porção de gordura deixada pelos dedos. Assim fica possível fotografar as impressões, registrá-las em um banco de dados, e comparar com amostras ali existentes. Como não existem duas impressões digitais idênticas, nem mesmo gêmeos uni-vitelíneos, sempre é possível encontrar o “dono” dessas impressões. Ou então, quando um suspeito surgir e for detido, suas impressões são comparadas com as encontradas no local do cometimento do delito. Esse procedimento já levou muitos milhares de criminosos para trás das grades.

Evidente é que a Lupa não é exclusividade de detetives. Ela serve para inúmeras situações em diversos campos da atividade humana. Quando eu fazia trabalhos manuais como bordado em ponto-cruz e crochê, usava uma Lupa, que ficava pendurada diante dos olhos, acima do trabalho. Assim ficava mais fácil de ver os detalhes de execução da atividade.

Lentes corretoras

Uma das primeiras aplicações para as lentes, foi a confecção de óculos. Primeiro na forma de monócular e posteriormente bi-ocular, usados até os dias atuais. É uma indústria que se expandiu pelos quatro cantos do mundo. Os materiais usados evoluíram, as técnicas de confecção foram aperfeiçoadas e continuam passando por novas adaptações a cada passo. Irei abordar o funcionamento da visão e o uso das lentes para corrigir problemas ou “defeitos” num post específico. Por isso não entrarei em detalhes aqui sobre esses aspectos. A disponibilidade de lentes próprias, para os diferentes problemas de visão é de grande variedade.

Lunetas

Luneta terrestre

Os navegadores antigos, tinham grande desejo de enxergar mais longe, para distinguir possíveis ilhas, continentes e embarcações próximas. A observação de detalhes era extremamente útil em todos os sentidos. Como era comum a prática da pirataria marítima, a identificação de um barco com tais características, poderia significar a oportunidade de se evadir ou preparar a defesa. Assim, no momento do ataque impedir que o navio fosse tomado pelos piratas, consequentemente salvar as vidas da tripulação.

Os binóculos são feitos da combinação de duas lunetas terrestres, de tubo curto.

Luneta terrestre

O surgimento das lunetas, primeiro o modelo chamado terrestre, foi saudado com alegria pelos comandantes e pilotos das embarcações. Mesmo sendo ainda rudimentares, permitiam aproximar o objeto observado para uma distância em que se tornava possível ver grande quantidade de detalhes. É constituída de uma lente objetiva, convergente e uma ocular, divergente. Forma uma imagem virtual, direita e maior que o objeto. O foco virtual da lente divergente, situa-se na posição próxima do foco da lente convergente.

A imagem real e invertida fornecida pela lente objetiva convergente, funciona com objeto virtual para a lente ocular divergente, o que permite a visualização da imagem diretamente no instrumento, sem necessidade de anteparo para projeção.

Coube ao matemático, físico e astrônomo Galileu Galilei ter a ideia de apontar uma dessas lunetas para o céu e descobriu um mundo jamais imaginado. Conseguiu ver os anéis de Saturno, Júpiter e algumas luas que orbitam esses planetas. Consequentemente, para obter imagens maiores, surgiu o modelo de luneta astronômica.

Luneta Astronômica

Luneta astronômica ou telescópio refrator

A diferença entre os dois modelos é que na última a lente ocular também é convergente. Mesmo assim, devido ao posicionamento dos focos, a distância entre as lentes é ligeiramente menor do que a soma das suas distâncias focais e a imagem fornecida também é virtual, apresentando uma ampliação mais acentuada. Como para observar o espaço não existe diferença entre “encima” e “embaixo”, o fato da imagem ser invertida, desde que seja maior, não atrapalha o astrônomo em suas observações.

A luneta astronômica também é denominada telescópio refrator, uma vez que usa somente dispositivos de refração.

Telescópio refletor

Também simplesmente denominado telescópio, é formado por um espelho côncavo, de grande distância focal, um espelho plano disposto num ângulo de $45^{0}$ geralmente e uma lente ocular convergente. O espelho côncavo é colocado no fundo de um tubo cilíndrico, de paredes opacas e geralmente escuras, para evitar reflexões indesejáveis, com formação de imagens fantasmas. Os raios luminosos, vindos do espaço são considerados paralelos e por isso se refletem para o foco do espelho côncavo. Um pouco antes de atingir esse foco, incidem sobre o espelho plano, refletindo-se em direção à lente ocular. Nesta lente sofrem novo desvio e permitem ao observador ver uma imagem bastante ampliada do objeto focalizado. Esta imagem é virtual direita em relação à imagem fornecida pelo espelho plano, que é real.

Telescópio refletor

O Telescópio refletor é mais eficiente na formação das imagens com maior nitidez, bem como oferece mais conforto ao observador, pelo fato de a ocular ser disposta na lateral do tubo.

Microscópio ótico

Microscópio ótico monocular

É um instrumento semelhante a uma luneta astronômica, porém a ordem de grandeza das distâncias focais de suas lentes é inversa da luneta e suas dimensões são consideravelmente menores do que nesta. Serve para observar micro organismos, partículas minúsculas, invisíveis ao olho sem o recurso desse instrumento. A lente objetiva forma uma imagem real, que serve de objeto para a lente ocular, que por sua vez fornecerá uma imagem virtual, muito ampliada e direita em relação à primeira imagem. É um instrumento de aplicações práticas variadíssimas em diversos campos da pesquisa científica. Os mais modernos são eletrônicos, permitindo aumentar milhares de vezes as dimensões de partículas da matéria. É um valioso instrumento nas mãos dos pesquisadores de partículas, além dos laboratórios ligados à identificação de agentes patogênicos, de deformidades celulares e um sem número de aplicações congêneres.

Os equipamentos podem ser binoculares, por meio da combinação de dois e assim permitir a visualização com os dois olhos. Geralmente há um conjunto de diferentes lentes para permitir diferentes formas de ampliação.

Os microscópios eletrônicos são em verdade aparelhos óticos, acoplados a sistemas de controle eletrônico para fazer os ajustes e registrar as imagens. Isso aumenta enormemente as possibilidades e recursos que eles oferecem. Tornam possível a obtenção de sequências de imagens de fenômenos dinâmicos, onde se observam evoluções no mundo microscópico. É uma ferramenta fantástica nos laboratórios de microbiologia e demais áreas onde as dimensões envolvidas são muito pequenas. É uma contribuição da física com as demais áreas de ciências. Uma mostra da importância de todos os ramos da pesquisa científica.

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Curitiba, 05 de maio de 2020.

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