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Óptica Física 
e Geométrica
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª M.ª Cláudia Adriana de Sousa
Revisão Textual:
Maria Cecília Andreo
Óptica da Visão
Óptica da Visão
 
 
• Conhecer a estrutura do olho humano;
• Compreender o processo de visão das cores;
• Compreender o processo de acomodação visual;
• Descrever os defeitos de visão: miopia, hipermetropia e presbiopia.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO 
• O Olho Humano;
• A Visão Colorida;
• Acomodação Visual;
• Defeitos da Visão: Miopia, Hipermetropia e Presbiopia.
UNIDADE Óptica da Visão
O Olho Humano
Nesta unidade, aplicaremos os conceitos aprendidos nas unidades anteriores para 
entendermos o processo da visão. O olho humano é um fantástico instrumento óptico 
responsável pela captação da luz e formação de imagens dos objetos que estão à nossa 
volta. Vamos começar descrevendo a parte externa do olho humano.
Figura 1 – Parte externa do olho humano
Fonte: Adaptada de Getty Images
A esclera, também chamada de esclerótica, é a parte branca do olho que confere 
estabilidade mecânica ao olho e o reveste externamente. A esclerótica tem uma abertura 
circular que é fechada pela córnea. A córnea é uma membrana transparente que tem 
a função de refratar a luz, de modo que ela possa ser focalizada na retina. A córnea 
tem um índice de refração de aproximadamente 1,38 e é responsável pelo maior desvio 
necessário pela luz. A primeira camada que a luz atinge é a córnea. 
A íris é a parte colorida do olho, e na sua parte central fica a pupila, um orifício cir-
cular que controla a quantidade de luz que penetra no olho. Em ambientes iluminados, 
a pupila se contrai, deixando passar pouca luz (miose), e em ambientes escuros, ela se 
dilata, para entrar mais luz (midríase).
Figura 2 – (A) Pupila em midríase (dilatada) e (B) em meiose (contraída)
Fonte: Adaptada de Getty Images
As pálpebras protegem nossos olhos do excesso de luz, poeira ou poluentes, além 
de auxiliar na produção e no espalhamento de lágrimas, evitando o ressecamento dos 
olhos, mantendo a córnea umedecida. A conjuntiva é uma membrana que recobre a 
parte interna da pálpebra e a esclera.
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O limbo é uma linha entre a córnea e esclera.
O globo ocular tem a forma aproximada de uma esfera de cerca de 25 mm de diâme-
tro, é revestido externamente pela esclera (exceto na região da córnea), e internamente, 
no fundo do olho, pela retina. A retina é uma fina película composta de células sensíveis à 
luz, que se comunicam com o cérebro através do nervo óptico. No centro da retina temos 
uma região em que a visão é mais nítida, essa região é a fóvea. No ponto em que o nervo 
óptico se liga à retina há um ponto no qual não há formação de imagens. Esse ponto é 
chamado de ponto cego. Devido aos movimentos constante dos nossos olhos, e também 
ao nosso cérebro, não percebemos esse ponto cego. 
Entre a esclera e a retina existe uma membrana fina, a coroide, levemente aderida à 
retina. No centro da retina temos a mácula, responsável pela visão nítida.
Córnea
Íris
Pupila
Cristalino
Humor aquoso
Conjuntiva
Nervo óptico
Mácula
Retina
Coroide
Esclera
Humor vítreo
Figura 3 – Representação esquemática do globo ocular 
Fonte: Adaptada de Getty Images
O cristalino funciona como uma lente convergente, biconvexa, com índice de re-
fração que varia de 1,41, na região central, a 1,39, nas bordas. Os músculos ciliares, 
ligados ao cristalino, promovem uma mudança na forma do cristalino, alterando a sua 
distância focal. Esse processo é chamado de acomodação visual e será visto em detalhes 
mais adiante.
Na Figura 3, podemos perceber que o cristalino está entre o humor aquoso e o 
humor vítreo, substâncias gelatinosas transparentes que preenchem o globo ocular. 
O cristalino é composto de várias camadas finas e transparentes.
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UNIDADE Óptica da Visão
Cristalino
Equador
Superfície 
posterior
Cécula epitelial
Cápsula Córtex
 Núcleo
 Superfície 
anterior
Figura 4 – Estrutura do cristalino
Fonte: Adaptada de Getty Images
Importante!
A córnea, o humor aquoso, o humor vítreo e o cristalino são as estruturas transparentes 
do olho. Apresentam índices de refração diferentes e esse sistema óptico é convergente.
A visão
Agora que conhecemos a estrutura do olho humano, vamos entender o processo de 
formação de imagens na retina e como conseguimos enxergar um objeto.
Vimos que o olho humano forma um sistema convergente, composto dos meios 
transparentes, que refrata os raios luminosos e forma na retina uma imagem real, inver-
tida e menor. 
Figura 5 – A imagem formada na retina é real, invertida e menor 
Fonte: Adaptada de repositorio.utfpr.edu.br
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Os nervos ópticos comunicam a retina ao cérebro, e o impulso nervoso gerado pela 
retina é levado ao cérebro pelo nervo óptico.
Figura 6 – O nervo óptico
Fonte: Adaptada de healthinfo.org.nz
A Visão Colorida
A retina é a parte do olho que, ao receber luz, a transforma em impulsos elétricos 
que serão decodificados pelo cérebro. Esse processo, na retina, é feito por dois tipos de 
fotorreceptores: os cones e os bastonetes. Os nomes referem-se à forma desses fotorre-
ceptores, como podemos ver na Figura 7.
Figura 7 – Os cones e os bastonetes 
Fonte: Adaptada de pt.khanacademy.org
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UNIDADE Óptica da Visão
Os cones concentram-se no centro da retina e são estimulados pela luz mais intensa; 
eles são responsáveis pela nossa visão das cores. Existem três tipos de cones, sensíveis 
às cores azul, vermelha e verde. O cone que capta na faixa do vermelho é chamado de 
L (“long”, longo); o cone M (“medium”, médio) capta ondas na faixa do verde; e o cone 
S (“short”, curto) detecta comprimentos na faixa do azul. As combinações dessas três 
cores e das diferentes intensidades luminosas geram todas as cores que conhecemos. 
Esse sistema é chamado de RGB (do inglês: Red, Blue e Green).
As pessoas que não conseguem captar as cores normalmente são chamadas de daltônicas. 
Para saber mais sobre o daltonismo, acesse: https://bit.ly/3dgl9Sh
Figura 8 – Comprimentos de ondas detectados pelos cones e pelos bastonetes
Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
Os bastonetes registram apenas a ausência ou a presença de luz, mas não detectam 
cores. Eles detectam pequenas intensidades luminosas, por isso são responsáveis pela 
visão noturna ou visão em ambientes pouco iluminados.
Acomodação Visual
A luz entra nos nossos olhos passando primeiro pela córnea; ela é responsável por 
cerca de 70% do desvio necessário para que a imagem seja formada na retina. Esse des-
vio promovido pela córnea é fixo, ou seja, é sempre o mesmo, esteja o objeto observado 
longe ou perto. O desvio restante é feito pelo cristalino, a lente convergente dos nossos 
olhos, e varia de acordo com a distância do objeto. 
As distâncias que vamos considerar que enxergamos bem, quando não temos ne-
nhum problema de visão, são de 25 cm de distância (ponto próximo – PP) até objetos 
que estejam a uma distância muito grande dos nossos olhos, chamamos essa distância 
de infinita (ponto remoto – PR).
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Figura 9 – Dizemos que as arvores que estão muito distantes estão no infi nito
Fonte: Getty Images
Quando uma pessoa olha para al-
guma coisa bem distante, não há 
necessidade de nenhum esforço de 
acomodação visual.
Para que possamos enxergar objetos a diferentes distâncias ( p variando) com niti-
dez, a imagem deve estar focalizada na retina, ou seja, a distância da imagem não se 
altera, pois depende do tamanho do globo ocular (
,p é constante). A distância focal do 
cristalino deve se alterar ( f muda) à medida que p muda. Esse processo é chamado 
de acomodação visual.
i
o
p p’
Figura 10 – As distâncias envolvidas no processo de formação de imagens na retina
Um objeto está a 25 cm de distância dos seus olhos, o nosso ponto próximo, consi-
derando o globo ocular com 25 mm de diâmetro, qual é a distância focal do cristalino 
nessa situação? Qual a sua convergência?
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UNIDADE Óptica da Visão
Para que possamos calcular a distância focal, vamosanotar os dados e colocar todas 
as medidas na mesma unidade:
25 p cm=
, 25 2,5 p mm cm= =
 ?f =
1 1 1 
25 2,5f
= +
1 1 10 
25f
+
=
1 11 
25f
=
11 25f =
2,27 0,0227 f cm m= =
Calculamos a convergência, ou vergência, do cristalino, usando a relação: 
1 V
f
=
Estando no ponto próximo (25 cm de distância), a vergência será de:
1 1 
0,0227
V
f
= =
44 iV d=
Se esse mesmo objeto for afastado até um ponto muito distante, no ponto remoto, 
onde consideramos a distância infinita, qual será a distância focal do cristalino?
p = ∞
, 25 2,5 p mm cm= =
 ?f =
1 1 1 
2,5f
= +
∞
Quando dividimos 1 por um número muito grande (tendendo ao infinito), o resultado 
tende a zero e podemos desprezar esse termo da equação, ficando, então, com:
1 1 
2,5f
=
2,5 0,025 f cm m= =
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Estando no ponto remoto (distância infinita), a vergência será de:
1 1 
0,025
V
f
= =
40 iV d=
Nos exemplos apresentados, podemos perceber a variação da distância focal do 
cristalino no processo de acomodação visual. Esse processo é promovido por músculos 
que, ligados ao cristalino, promovem a sua contração ou relaxamento. No ponto remoto, a 
lente está completamente relaxada e a visão ocorre sem esforço de acomodação. No ponto 
próximo, o olho normal está sob o máximo esforço de acomodação.
A lente tem uma variação de 4,0 dioptrias entre as posições relaxado e contraído do 
cristalino. Essa variação de vergência entre o ponto próximo e o ponto remoto é cha-
mada de amplitude de acomodação. 
Defeitos da Visão: Miopia,
Hipermetropia e Presbiopia
O olho humano normal, sem defeitos de visão, é dito emétrope; e quando apresenta 
alguma anomalia é dito amétrope.
Os defeitos da visão mais comuns são a miopia, a hipermetropia e a presbiopia. Vejamos 
cada uma delas.
Miopia
Na miopia, a imagem é formada antes da retina. 
Isso pode ser causado por um alongamento do globo 
ocular ou por um excesso de convergência. O mío-
pe tem o ponto remoto a uma distância finita, tendo 
dificuldade de enxergar de longe. A lente fica com-
pletamente relaxada mesmo estando o objeto a uma 
distância finita, ou seja, seu ponto remoto está a uma 
distância menor.
A miopia favorece a visão de perto e, em geral, 
um míope tem o ponto próximo a uma distância 
inferior a 25 cm.
Segundo Guimarães (2016), a função de uma lente 
“corretora” não é corrigir uma ametropia, mas produ-
zir as imagens em uma região em que o usuário tenha 
acomodação visual. Para a miopia, a lente usada é a 
lente divergente. Você pode observar nos óculos de um 
míope que as bordas são mais espessas que o centro. 
Visão normal
Miopia
Correção
com lente
Figura 11 – A miopia 
Fonte: Adaptada de Getty Images
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UNIDADE Óptica da Visão
Figura 12 – Formação de imagem em uma lente divergente usada para corrigir a miopia
Fonte: Getty Images
Nas lentes divergentes, a distância focal é negativa e, consequentemente, a vergência 
também será. A distância focal da lente usada por um míope é igual à distância máxima 
( )rd de visão nítida.
 rf d=−
1 1 
r
V
f d
= =−
Por exemplo, se uma pessoa enxerga nitidamente até uma distância de 50 cm, qual 
é a vergência da lente capaz de corrigir a miopia desse olho?
Para calcularmos a vergência da lente, devemos expressar a distância máxima dr 
em metros:
50 0,50 rd cm m= =
1 1 2,0 
0,50 i
r
V d
d
= − = − =−
A vergência é negativa, pois a lente é divergente.
Miopia: vicio de refração em que os raios luminosos entram paralelamente ao eixo óptico, sen-
do levados a um foco adiante da retina, sendo apenas vistos, claramente, os objetos próximos.
Hipermetropia
Na hipermetropia, a imagem é formada depois da retina. Isso pode ser causado 
por um encurtamento do globo ocular ou por uma convergência insuficiente. O ponto 
próximo de um hipermetrope fica mais distante que os usuais 25 cm e a pessoa tem 
dificuldade de enxergar objetos próximos. A lente usada na correção é a convergente.
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Visão normal
Hipermetropia
Correção
com lente
Figura 13 – A hipermetropia 
Fonte: Adaptada de Getty Images
O hipermetrope deve usar uma lente que conjugue para um objeto a 25 cm do olho 
uma imagem no ponto onde ele tem a visão nítida. Assim, na equação de Gauss, a dis-
tância do objeto será de 25 cm, e a distância da imagem tem o valor da distância que o 
hipermetrope enxerga com nitidez. Assim, se o ponto próximo for, por exemplo, 50 cm, 
a lente deverá ter uma convergência dada pela equação:
,
1 1 1 V
f p p
= = +
Nesse exemplo, temos:
25 0,25 p cn m= =
, 50 050 p cm m= =
Substituindo na equação, teremos:
1 1 1 
0, 25 0,50
V
f
= = +
2 1
0,50
V +
=
3
0,50
V =
 6 iV d=+
A lente usada para corrigir a hipermetropia desse olho é convergente e tem uma 
vergência positiva.
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UNIDADE Óptica da Visão
Presbiopia
A presbiopia resulta da perda da capacidade de acomodação do cristalino, decorrente 
da idade. Normalmente, a presbiopia começa a se manifestar a partir dos 40 anos de 
idade. Ela ocorre porque o cristalino ou os músculos ciliares sofrem um enrijecimento e 
a lente vai perdendo sua amplitude de acomodação. 
Presbiopia: distúrbio visual que ocorre na velhice, em que se perde o poder de distinguir 
com nitidez os objetos próximos.
A correção da presbiopia é feita da mesma forma que na hipermetropia, com lentes con-
vergentes, e muitas vezes o presbita usa óculos somente para visão próxima, os chamados 
“óculos de leitura para vista cansada”.
Figura 14 – Na presbiopia, ou vista cansada, a pessoa tem dificuldade de enxergar de perto
Fonte: Getty Images
De acordo com os especialistas, os óculos são a quinta invenção mais importante desde que 
a humanidade descobriu o fogo e inventou a roda. O motivo: pela primeira vez na história, 
milhões de pessoas puderam ver bem, apesar de terem problemas de visão. Isso pode pa-
recer pouco relevante hoje, mas o fato é que, por muitos séculos, simplesmente não havia 
nenhuma solução para pessoas com problemas de visão – os óculos ainda não tinham sido 
inventados (ZEISS, 2020). 
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
Olho humano, a supermáquina
https://youtu.be/IDgPSd2OjJ8
Como funciona o olho humano: óptica da visão
https://youtu.be/zwGhx-zgYBA
Enxergando colorido
https://youtu.be/T2hO0qO3qLc
 Leitura
A história dos óculos de suas origens como “pedras de leitura” a acessórios de estilo de vida
https://bit.ly/3m231j4
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UNIDADE Óptica da Visão
Referências
FERREIRA, A., B. de H. Miniaurélio Século XXI Escolar: o minidicionário da língua 
portuguesa. 4. ed. rev. e amp. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 2000.
GASPAR, A. Física – Ondas – Óptica – Termodinâmica. São Paulo: Ática, 2002.
GUIMARÃES, O.; PIQUEIRA, J. R.; CARRON, W. Física. Física térmica, ondas, óptica. 
2. ed. São Paulo: Ática, 2016. 
HEWITT, P. G. Física conceitual. 12. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015. 
VILAS BOAS, N.; DOCA, R. H.; GUALTER, J. B. Tópicos de física: termologia, ondu-
latória, óptica. 19. ed. São Paulo: Saraiva, 2012. v. 2.
Sites Visitados
A história dos óculos. Zeiss. 2020. Disponível em: . Acesso em: 
28/09/2020.
COMO Vemos as Cores? Mural Científico. 2020. Disponível em: . Acesso em: 21/09/2020.
ESTRUTURA Olho Humano. Sabina – Escola Parque do Conhecimento. 2020. Dis-
ponível em: . Acesso em: 
18/09/2020.
LESÕES nos Olhos. Programa Sol Amigo. 2020. Disponível em: . Acesso em: 17/09/2020.
O que é Daltonismo? New Lentes. 2020. Disponível em: . Acesso em: 21/09/2020.
OLHO Humano. Optivista. 2020. Disponível em: . Acesso em: 17/09/2020.
OLHO Humano. SóFísica – Física On-line. 2020. Disponível em: . Acesso em: 
17/09/2020.
ÓPTICA da Visão. Os Fundamentos da Física. Disponível em: . 
Acesso em: 23/09/2020.
SILVA, M. A. da. Cristalino. Info Escola. 2020. Disponível em: . Acesso em: 17/09/2020.
________. Visão. Info Escola. 2020. Disponível em: . Acesso em: 17/09/2020.
SOUTO, A. L. O olho humano e a visão. Khan Academy. 2020. Disponível em: 
. Acesso em: 18/09/2020.
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