relatório 5 lab 4

Prévia do material em texto

Lab 5
Laboratório de Física 4
Prof. Dr. Carlos Tello
A REFRAÇÃO NAS LENTES ESFÉRICAS
Maria Vitória Leal
Desiree Carrion Santos
Presidente Prudente - SP
2022
Resumo
	Neste experimento pudemos, determinar e observar a distância focal de uma lente divergente e convergente, observando as diferentes difrações do laser. Como já vimos no experimento anterior, e sabendo da teoria da óptica geométrica, utilizamos dos conceitos teóricos, e exemplificando com o funcionamento do olho humano, que representa perfeitamente o sistema ótico, e determinar como os raios da luz se interagem com as partes internas do olho humano, trazendo semelhanças á uma lente de câmera que utilizamos.
	Com isto temos por base no experimento, de determinar em qual lente, que melhor se ajuste à um olho com anomalias. 
Palavras chaves: Óptica, Lentes, Refração.
1. Introdução 
As lentes que conhecemos, sejam em óculos, lentes de câmeras e de telescópios e etc, são de um sistema óptico que consideramos a propagação de raios de luz em meios homogêneos e seus efeitos de reflexão e refração entre os dois meios, sejam o vidro e o ar por exemplo. Podemos especificar e classificar essas lentes através da sua espessura, delgadas (são mais finas) e espessas (que são mais grossas).
Para se determinar uma distância focal da lente esférica, utilizamos da equação de Gauss, que também é chamada de equação dos pontos conjugados e relaciona as distâncias do objeto e a imagem e também com a distância focal com a imagem que será formada.
Neste relatório, apresentamos a execução do experimento das lentes esféricas, utilizando da ajuda dos instrumentos para determinar a distância focal das diferentes lentes.
 
2. Introdução Teórica
Considerando que as lentes esféricas como um sistema óptico, que se constitui dos meios homogêneos e transparentes, tendo que as fronteiras podem variar de superfícies esféricas ou planas, essas lentes possuem par de foco, sendo que o foco principal objeto e outro foco para a imagem, ambos são simétricos e ficam sob o eixo principal da lente.
Assim como os espelhos esféricos, as lentes fornecem imagem de um objeto sejam eles lineares e ou transversais, assim sabemos as posições e as alturas dos objetos colocados diante da lente esférica. Para determinar as linhas de refração com as lentes, é utilizada a mesma equação para definir nos espelhos, que também se iguala nas regras de sinais, sendo possível analisar a distância focal.
As lentes esféricas podem variar em seus formatos, porem quando inseridas em um meio, onde o índice de refração é menor que da lente. As lentes convexas tem como objetivo, convergir a luz e a lente côncava diverge a luz. 
Título: Raios refratados em lente convexa e côncava
Fonte: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/lentes-esfericas.html
Além que em cada lente tem o seu meio de ver setas para dentro e para fora, os símbolos abaixo representam as lentes que possuem bordas finas(convexa) e bordas largas (côncava).
Título: Formas de representação de lentes
Fonte:  Moisés Nussenzveig, Curso de Física Básica,
(Ed. Edgard Blücher, 2002), vol. 4, Capítulo 2.8(Lentes delgadas)
Uma lente possui duas superfícies refratoras, as de raios de curvatura R1 e R2, que são encontradas pela luz incidente e com os sinais definidos pela curvatura da superfície refratária.
Ou seja, em lentes esféricas, os raios de luz que são refratados em elementos geométricos específicos da lente.
Quando um raio de luz está indo de um ponto a outro, este raio pode estar fazendo caminhos reversos, ou de ida ou de volta, como representa na imagem a seguir:
Titulo: Raios de luz reversos.
Fonte: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/lentes-esfericas.html
Para determinar a imagem do objeto, basta que encontremos dois ou mais pontos da intersecção de dois raios, e para definir utilizamos da equação de Gaus:
 (1)
E a equação que as fabricantes de lentes utilizam para determinar a distância focal de uma lente no ar:
 (2)
Onde representa a distância focal da lente, e são os índices de refração da lente e do meio e por fim e são os raios das faces da lente.
3. Objetivos 
Os objetivos dessa prática são: 
· aprender a conceituar uma lente;
· diferir lentes convergentes e divergentes;
· determinar centro óptico, vértice, eixo óptico, raio de curvatura e convergência de uma lente esférica;
· identificar os três principais raios incidentes, assim como os utilizar para obtenção de imagens;
· compreender os defeitos na visão humana e suas respectivas lentes corretivas. 
4. Materiais e métodos
4.1 Materiais
· Fonte de luz através de um laser; 
· Um banco óptico plano Catelli; 
· Um perfil dióptrico em forma de meio círculo; 
· Um perfil dióptrico biconvexo; 
· Um perfil dióptrico bicôncavo; 
· Um perfil dióptrico plano-côncavo;
· Um perfil dióptrico plano-convexo;
5. Resultados e discussão 
5.1 Lentes esféricas convergentes
 
Inicialmente, as lentes foram classificadas em convergentes ou divergentes através de sua aparência. As lentes convergentes possuem bordas finas e são mais grossas em seu centro. As lentes divergentes possuem bordas mais grossas e são mais finas em seu centro. 
A lente convergente plano convexa foi colocada no painel de modo que o raio central passasse por seu centro óptico (Figura 1).
 
Figura 1- Raios incidindo em uma lente convergente plano convexa.
Na Figura 1 é possível observar que o raio refratado central não sofreu desvio. Por esse motivo, o raio incidente, contido no eixo óptico, é chamado de primeiro raio principal de uma lente convergente. O outro raio incidente sofreu desvio, aproximando-se do eixo central, da normal da superfície plana da lente. 
Foco real é o nome dado ao lugar geométrico para o qual os raios refratados realmente convergem. Neste caso, o foco real da lente plano convexa foi identificado, assim como sua distância focal, a qual estava localizada a 22cm do centro a lente. A lanterna foi girada 180° ao redor da lente e o segundo foco real foi identificado, assim como sua distância focal, que estava localizada a 21cm do centro da lente. 
O mesmo procedimento foi repetido utilizando a lente convergente biconvexa (Figura 2). 
Figura 2- Raios incidindo em uma lente convergente biconvexa.
O foco real da lente foi determinado, assim como sua distância focal, que estava localizada a 10,1cm do centro da lente. Dessa forma, foi possível observar a diminuição da distância focal ao realizar a troca de lentes. O que ocorre devido ao formato da lente, tendo em vista que a lente convergente plano convexa possui diâmetro menor do que a lente biconvexa. 
A lanterna foi movimentada de modo que o raio incidente passasse pelo foco da lente convergente (Figura 3). 
Figura 3- Raio incidindo no foco de uma lente convergente.
A partir desta situação foi possível observar que o raio incidente que passa pelo foco de uma lente convergente é refratado paralelamente ao eixo principal. Por essa razão, este raio incidente é chamado de segundo raio principal de uma lente convergente. 
Ao realizar o procedimento oposto, incidindo o raio paralelamente ao eixo principal, observou-se que o raio refratado passou pelo foco (Figura 4). Este raio é denominado terceiro raio principal de uma lente convergente. 
Figura 4- Raio incidindo paralelamente ao eixo principal em uma lente convergente. 
A partir do conhecimento dos raios principais de uma lente convergente, determinou-se geometricamente a imagem dos objetos nas lentes esféricas convergentes a seguir. 
Caso simples, no qual o objeto se encontra em um ponto P. 
Caso particular, no qual o objeto se encontra entre o foco e a lente. A imagem foi formada atrás do objeto. 
Caso particular, no qual o objeto se encontra no infinito. Neste caso, os raios irão convergir e não haverá formação de imagem. 
Caso particular, no qual o objeto se encontra sobre o foco. Os raios serão paralelos e não haverá formação de imagem.4.2 Lentes esféricas divergentes 
Uma lente divergente plano côncava foi colocada no disco óptico de modo que o raio central estivesse contido no eixo óptico. Observou-se que, o raio refratado contido no eixo óptico não sofreu desvio, assim como na lente convergente (Figura 5).
Figura 5- Raio incidindo no eixo principal em uma lente divergente. 
Este raio é denominado de primeiro raio principal de uma lente divergente. Os demais raios refratados, que podem ser observados na Figura 5, sofreram desvio, se afastando do eixo principal.
O ponto comum das retas suportes dos raios refratados nas lentes divergentes é chamado de foco virtual. O termo virtual se deve ao fato de os raios não passarem realmente por esse ponto, não sendo como o caso anterior, no qual o foco era denominado de real. 
A lente foi substituída por uma lente divergente bicôncava. A lanterna foi movimentada de modo que o raio incidente passasse pelo foco virtual. Observou-se que, o raio refratado possuía trajetória paralela ao eixo principal (Figura 6). 
Figura 6- Raio incidindo no foco virtual de uma lente divergente. 
Este raio é denominado segundo raio principal de uma lente divergente. 
A lanterna foi movida de forma que o raio incidente fosse paralelo ao eixo principal. Nesta situação, observou-se que o raio refratado passava sobre o foco virtual da lente divergente (Figura 7). 
Figura 7- Raio incidindo paralelamente ao eixo principal em uma lente divergente. 
Este é denominado terceiro raio principal de uma lente divergente. 
A partir do conhecimento dos raios principais de uma lente divergente, determinou-se geometricamente a imagem dos objetos nas lentes esféricas divergentes a seguir. 
Caso simples, no qual o objeto se encontra em um ponto P. 
Caso particular, no qual o objeto se encontra entre o foco e a lente. A imagem foi formada atrás do objeto. 
Caso particular, no qual o objeto se encontra no infinito. Neste caso, os raios irão divergir e não haverá formação de imagem. 
4.3 Óptica da visão 
Um desenho esquemático de um olho humano foi colocado sobre o painel do banco óptico. O feixe de luz incidente foi ajustado de modo que ficasse paralelo ao eixo óptico. A lente biconvexa foi posicionada na posição indicada no desenho. A fonte de luz foi ligada e o percurso do raio foi observado. 
Em um olho normal a formação da imagem ocorre na retina, a qual seria o foco natural do olho. A imagem formada na retina é invertida em relação ao objeto. Em um olho hipermetrope a formação da imagem ocorre após a retina (Figura 8). 
Figura 8- Imagem formada em um olho hipermetrope e imagem formada corretamente com o uso de uma lente corretiva. 
No caso do olho hipermetrope a imagem é real, invertida e menor que o objeto. A correção deste problema de visão pode ser feita com uma lente convergente. 
Em um olho míope, a imagem é formada antes da retina (Figura 9).
 
Figura 9- Imagem formada em um olho míope e imagem formada corretamente com o uso de uma lente corretiva. 
Neste caso, a imagem é real, invertida e menor que o objeto. A correção deste problema de visão pode ser feita com uma lente divergente. 
5 Conclusão 
A prática foi realizada com sucesso, de modo que seus objetivos foram atingidos. Durante o experimento foi possível compreender as diferenças entre lentes convergentes e divergentes, assim como suas diferentes variações (biconvexa, plano convexa, côncavo convexa, bicôncava, plano côncava e convexo côncava). Além disso, os três raios principais das lentes convergentes e divergentes foram visualizados e posteriormente utilizados para a localização das imagens produzidas por determinados objetos, através dos desenhos expostos ao final dos tópicos 4.1 e 4.2 deste relatório. Por fim, a óptica do olho humano foi estudada, ainda que de forma breve. A partir desse estudo foi possível compreender onde as imagens são formadas em um olho normal, em um olho hipermetrope e em um olho míope, assim como suas respectivas lentes corretivas. 
6 Referências 
2