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OPTICA DA VISÃO O olho humano é um sistema óptico complexo, constituído por vários meios transparentes que são atravessados pela luz. Sobre as diferentes estruturas que compõem o olho humano, o seu funcionamento e as principais anomalias da visão, assinale o que for correto. 01) Na formação das imagens na retina de uma vista normal, o cristalino (lente) funciona como uma lente convergente, formando imagens reais, invertidas e diminuídas. 02) Lentes convergentes, divergentes e cilíndricas podem ser utilizadas para corrigir miopia, hipermetropia e astigmatismo, respectivamente. 04) O astigmatismo resulta de uma assimetria na curvatura da córnea ou na curvatura do cristalino. Isso faz com que parte das imagens seja projetada sem nitidez na retina. 08) Um raio de luz que penetra no olho passa, na sequência, pela pupila, pelo humor aquoso, pela córnea, pela lente e pelo corpo vítreo. 16) A função da retina é regular a quantidade de luz que entra no olho e gerar impulsos nervosos por estimulação química. Entre os anos de 1028 e 1038, Alhazen (lbn al- Haytham: 965-1040 d.C.) escreveu sua principal obra, o Livro da Óptica, que, com base em experimentos, explicava o funcionamento da visão e outros aspectos da ótica, por exemplo, o funcionamento da câmara escura. O livro foi traduzido e incorporado aos conhecimentos científicos ocidentais pelos europeus. Na figura, retirada dessa obra, é representada a imagem invertida de edificações em tecido utilizado como anteparo. Se fizermos uma analogia entre a ilustração e o olho humano, o tecido corresponde ao(à) a) íris b) retina c) pupila d) córnea e) cristalino João, um estudante de ensino médio, leva para a aula de Física sua receita oftalmológica, para que possa debater com o professor e seus colegas o possível defeito de visão que possui. LONGE ESFÉRICO CILÍNDRICO EIXO OD 2,00− 180 OE 1,75− 10 PERTO ESFÉRICO CILÍNDRICO EIXO OD OE Considerando que João tem dificuldade de enxergar objetos distantes e que a solução para seu problema é a utilização de óculos com lentes esféricas divergentes, é correto afirmar que o defeito de visão que esse estudante apresenta é a) astigmatismo. b) hipermetropia. c) miopia. d) estrabismo. Questão 1 Questão 3 Questão 2 Em 2017, Carlos Mastrangelo, da Universidade de Utah, nos EUA, divulgou seus estudos sobre a criação de óculos formados por lentes líquidas, para fazer o foco automático. Seu objetivo foi resolver o problema de quem tem presbiopia e miopia, por exemplo, para não precisar trocar de óculos. Mastrangelo conta que os óculos possuem uma câmera infravermelha entre as lentes que serve para identificar a distância entre o rosto do usuário e o objeto que ele está olhando e, assim, fazer o foco correto. Sobre o assunto abordado e com base no exposto acima, é correto afirmar que: 01) o defeito da visão chamado hipermetropia provoca o mesmo efeito que a miopia, ou seja, o indivíduo tem dificuldades em enxergar objetos próximos. 02) uma das formas de ajustar o foco da lente é alterando sua curvatura. 04) o fenômeno óptico que explica o funcionamento de uma lente é a refração. 08) para determinar a distância, a câmera acoplada aos óculos utiliza a onda de calor liberada pelos objetos. 16) uma causa do defeito da visão chamado presbiopia está relacionada com um globo ocular mais achatado. 32) a lente utilizada para corrigir o defeito da visão chamado miopia é a lente convergente. 64) em um olho hipermetrope a imagem é formada após a retina. As cirurgias corretivas a laser para a visão estão cada vez mais eficientes. A técnica corretiva mais moderna é baseada na extração de um pequeno filamento da córnea, modificando a sua curvatura. No caso de uma cirurgia para correção de miopia, o procedimento é feito para deixar a córnea mais plana. Assinale a alternativa que explica corretamente o processo de correção da miopia. a) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma antes da retina e a cirurgia visa a aumentar a distância focal da lente efetiva do olho. b) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma depois da retina e a cirurgia visa a aumentar a distância focal da lente efetiva do olho. c) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma depois da retina e a cirurgia visa a diminuir a distância focal da lente efetiva do olho. d) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma antes da retina e a cirurgia visa a diminuir a distância focal da lente efetiva do olho. Os olhos humanos normalmente têm três tipos de cones responsáveis pela percepção das cores: um tipo para tons vermelhos, um para tons azuis e outro para tons verdes. As diversas cores que enxergamos são o resultado da percepção das cores básicas, como indica a figura. A protanopia é um tipo de daltonismo em que há diminuição ou ausência de receptores da cor vermelha. Considere um teste com dois voluntários: uma pessoa com visão normal e outra com caso severo de protanopia. Nesse teste, eles devem escrever a cor dos cartões que lhes são mostrados. São utilizadas as cores indicadas na figura. Para qual cartão os dois voluntários identificarão a mesma cor? a) Vermelho. b) Magenta. Questão 4 Questão 5 Questão 6 c) Amarelo. d) Branco. e) Azul. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Observe a figura a seguir e responda à(s) questão(ões). Na figura, que se assemelha ao bulbo de um olho humano, é possível perceber algumas das suas estruturas, como a pupila e a íris. Com base nos conhecimentos sobre a óptica da visão, é correto afirmar que o olho com a) hipermetropia é caracterizado pela formação da imagem num ponto antes da retina. b) miopia é semelhante a uma lente de vidro plano-côncavo mergulhada em meio aquoso. c) hipermetropia é semelhante a uma lente de vidro côncavo-convexo mergulhada em meio aquoso. d) miopia tem a imagem formada depois da retina, e sua correção deve ser feita com lentes convergentes. e) miopia é caracterizado por apresentar uma convergência acentuada do cristalino. Muitas pessoas não enxergam nitidamente objetos em decorrência de deformação no globo ocular ou de acomodação defeituosa do cristalino. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas dos enunciados a seguir, na ordem em que aparecem. Para algumas pessoas a imagem de um objeto forma-se à frente da retina, conforme ilustrado na figura I abaixo. Esse defeito de visão é chamado de __________, e sua correção é feita com lentes __________. Em outras pessoas, os raios luminosos são interceptados pela retina antes de se formar a imagem, conforme representado na figura II abaixo. Esse defeito de visão é chamado de __________, e sua correção é feita com lentes __________. a) presbiopia − divergentes − hipermetropia – convergentes b) presbiopia − divergentes − miopia − convergentes c) hipermetropia − convergentes − presbiopia − divergentes d) miopia − convergentes − hipermetropia − divergentes e) miopia − divergentes − hipermetropia − convergentes TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Na resolução, use quando necessário: 2 5 3 águag 10 m s ,1atm 10 Pa, 1.000 kg m , (pi) 3ρ π= = = = Dois problemas de visão comuns são a miopia e a hipermetropia. A miopia é um problema de visão que ocorre quando a imagem de um objeto se forma antes da retina. A hipermetropia, por sua vez, é um problema de visão que ocorre quando os raios de luz interceptam a retina antes de a imagem ser formada – nesse caso a imagem formar-se-ia depois da retina. Questão 7 Questão 8 Questão 9 Maria e Fernanda foram ao oftalmologista. Maria descobriu que possui miopia.Fernanda descobriu que possui hipermetropia. A partir da informação obtida do enunciado, marque a alternativa correta. a) Maria deve usar lentes divergentes para corrigir a miopia. b) Maria deve usar lentes convergentes para corrigir a miopia. c) Fernanda deve usar lentes divergentes para corrigir a hipermetropia. d) Ambas devem usar lentes convergentes para corrigir os seus problemas de visão. e) Ambas devem usar lentes divergentes para corrigir os seus problemas de visão. Uma pessoa com visão perfeita observa um adesivo, de tamanho igual a 6 mm, grudado na parede na altura de seus olhos. A distância entre o cristalino do olho e o adesivo é de 3 m. Supondo que a distância entre esse cristalino e a retina, onde se forma a imagem, é igual a 20 mm, o tamanho da imagem do adesivo formada na retina é: a) 34 10 mm.− b) 35 10 mm.− c) 24 10 mm.− d) 45 10 mm.− e) 42 10 mm.− Um professor resolveu fazer algumas afirmações sobre óptica para seus alunos. Para tanto, contou com o auxílio de óculos com lentes bifocais (figura abaixo). Esses óculos são compostos por duas lentes, uma superior para ver de longe e outra inferior para ver de perto. Com base no exposto acima e nos conhecimentos de óptica, analise as afirmações a seguir, feitas pelo professor a seus alunos. I. As lentes inferiores dos óculos são aconselhadas para uma pessoa com miopia. II. As lentes superiores são lentes divergentes. III. Pessoas com hipermetropia e presbiopia são aconselhadas a usar as lentes inferiores. lV. As lentes inferiores possibilitam que as imagens dos objetos, que se formam antes da retina, sejam formadas sobre a retina. V. As lentes inferiores podem convergir os raios do Sol. Todas as afirmações corretas estão em: a) III e IV. b) IV e V. c) II, III e V. d) I, II e III. No processo de visão humana, o cristalino desempenha um papel importante na formação da imagem. Marque a alternativa correta sobre essa estrutura do olho humano. a) Controla a quantidade de luz que entra no olho humano. b) Controla a energia dos fótons da luz incidente. c) Atua como lente divergente para acomodar a imagem. d) Atua como lente convergente para acomodar a imagem. e) Define as cores dos objetos. A visão é um dos principais sentidos usados pelos seres humanos para perceber o mundo e a figura abaixo representa de forma muito simplificada o olho humano, que é o veículo encarregado de levar essas percepções até o cérebro. Sendo assim, com base na figura acima, é correto afirmar que o olho é a) míope e a correção é feita com lente convergente. Questão 10 Questão 11 Questão 12 Questão 13 b) míope e a correção é feita com lente divergente. c) hipermetrope e a correção é feita com lente convergente. d) hipermetrope e a correção é feita com lente divergente. e) normal e, nesse caso, não precisa de correção. Uma pessoa não consegue ver os objetos com nitidez porque suas imagens se formam entre o cristalino e a retina. Qual é o defeito de visão desta pessoa e como podemos corrigi-lo? a) Hipermetropia e a pessoa deverá usar lentes divergentes para a sua correção. b) Miopia e a pessoa deverá usar lentes divergentes para a sua correção. c) Miopia e a pessoa deverá usar lentes convergentes para a sua correção. d) Hipermetropia e a pessoa deverá usar lentes convergentes para a sua correção. e) Miopia e a pessoa deverá usar uma lente divergente e outra lente convergente para a sua correção. Dentre as complicações que um portador de diabetes não controlado pode apresentar está a catarata, ou seja, a perda da transparência do cristalino, a lente do olho. Em situações de hiperglicemia, o cristalino absorve água, fica intumescido e tem seu raio de curvatura diminuído (figura 1), o que provoca miopia no paciente. À medida que a taxa de açúcar no sangue retorna aos níveis normais, o cristalino perde parte do excesso de água e volta ao tamanho original (figura 2). A repetição dessa situação altera as fibras da estrutura do cristalino, provocando sua opacificação. (www.revistavigor.com.br. Adaptado.) De acordo com o texto, a miopia causada por essa doença deve-se ao fato de, ao tornar-se mais intumescido, o cristalino ter sua distância focal a) aumentada e tornar-se mais divergente. b) reduzida e tornar-se mais divergente. c) aumentada e tornar-se mais convergente. d) aumentada e tornar-se mais refringente. e) reduzida e tornar-se mais convergente. A receita de óculos para um míope indica que ele deve usar lentes de 2,0 graus, isto é, o valor da vergência das lentes deve ser 2,0 dioptrias. Com base nos dados fornecidos na receita, conclui-se que as lentes desses óculos devem ser a) convergentes, com 2,0 m de distância focal. b) convergentes, com 50 cm de distância focal. c) divergentes , com 2,0 m de distância focal. d) divergentes, com 50 cm de distância focal. A grandeza física vergência é medida em dioptrias, o que, no cotidiano, é o “grau” de uma lente. Logo, uma pessoa que usa um óculo com lente para a correção de sua visão de 2,5 graus, está usando um óculo com uma lente de vergência igual a 2,5 dioptrias. Essa lente tem uma distância focal de a) 0,30 m. b) 0,40 m. c) 2,50 m. d) 0,25 m. Numa família composta por 4 pessoas, cada uma com um defeito na visão diferente dos demais, tem-se que: - o pai apresenta enrijecimento dos músculos ciliares, e com limitação de sua capacidade de acomodação visual tem dificuldades para enxergar objetos próximos e longínquos; - a mãe apresenta um alongamento do globo ocular na direção ântero- posterior com dificuldade Questão 14 Questão 15 Questão 16 Questão 17 Questão 18 para enxergar objetos distantes; - a filha apresenta irregularidades na curvatura da córnea e enxerga imagens embaçadas dos objetos próximos ou distantes; - o filho apresenta um encurtamento do globo ocular na direção ântero-posterior com dificuldade para enxergar objetos próximos. As lentes corretivas indicadas para os membros dessa família, considerando-se a ordem em que foram citados, são, respectivamente, a) cilíndricas, bifocais, convergentes e divergentes. b) divergentes, bifocais, convergentes e cilíndricas. c) bifocais, divergentes, cilíndricas e convergentes. d) convergentes, cilíndricas, divergentes e bifocais. Um jovem com visão perfeita observa um inseto pousado sobre uma parede na altura de seus olhos. A distância entre os olhos e o inseto é de 3 metros. Considere que o inseto tenha 3 mm de tamanho e que a distância entre a córnea e a retina, onde se forma a imagem, é igual a 20 mm. Determine o tamanho da imagem do inseto. Anableps, um animal aquático, possui a capacidade incomum de ver acima e abaixo da superfície da água simultaneamente. O seu olho é adaptado para essa finalidade e funciona como dois olhos em um único globo ocular, cujo corte transversal é mostrado a seguir. Que adaptação física ocorrida no olho desse animal aquático explica o fenômeno relatado? a) O achatamento da córnea. b) A duplicidade da córnea. c) A circularidade do cristalino. d) A curvatura da retina. e) O achatamento do cristalino. GABARITO Resposta da questão 1: 01 + 04 = 05. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Biologia] [08] Falsa. A luz penetra nos olhos e passa, na sequência, por: córnea, humor aquoso, pupila, lente, corpo vítreo, retina e nervo óptico. [16] Falsa. A retina forma a camada mais interna do globo ocular e contém dois tipos de células fotorreceptoras que, através de mudanças químicas celulares, alterama permeabilidade da membrana, gerando impulsos nervosos até o cérebro: os bastonetes, muito sensíveis à luz, mas que não distinguem cores, apenas preto e branco; e os cones, menos sensíveis à luz, mas que reconhecem cores. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] [02] Incorreta. Lentes convergentes, divergentes e cilíndricas podem ser utilizadas para corrigir hipermetropia, miopia e astigmatismo, respectivamente. Resposta da questão 2: [B] A estrutura do olho análoga à imagem invertida utilizada na figura é a retina. Quando a imagem é formada na retina, esta é reduzida e invertida. Ao chegar ao córtex cerebral, ela é processada. Resposta da questão 3: [C] A miopia se caracteriza pela dificuldade de focalizar objetos distantes e a correção exige o uso de lentes divergentes. Resposta da questão 4: 02 + 04 + 08 + 64 = 78. [01] Falsa. A hipermetropia provoca efeito contrário a miopia, pois o indivíduo Questão 19 Questão 20 tem dificuldade de enxergar objetos próximos com nitidez, enquanto na miopia a visão é embaçada para objetos mais longe do observador. [02] Verdadeira. O foco da lente tem relação com a sua curvatura, sendo essa relação chamada de equação dos fabricantes de lentes. [04] Verdadeira. A refração faz o raio luminoso ser desviado ao atravessar meios diferentes. [08] Verdadeira. O infravermelho é a faixa do espectro das ondas eletromagnéticas em que o calor dos objetos é emitido. [16] Falsa. A presbiopia é causada pela incapacidade da musculatura ocular de ajustar o globo ocular para visão de objetos próximos ocasionada a partir dos 40 anos de idade. É também conhecida popularmente como “vista cansada”. [32] Falsa. Para a miopia utiliza-se lentes divergentes. [64] Verdadeira. Por esse motivo utiliza-se lentes convergentes para corrigir o problema. Resposta da questão 5: [A] A miopia consiste na formação da imagem antes da retina, e a sua correção pode se dar com o aumento da distância focal do olho. Resposta da questão 6: [E] Dentre as opções, o único cartão que não apresenta componente de tom vermelho, é o cartão azul. Resposta da questão 7: [E] A hipermetropia é caracterizada pela formação da imagem depois da retina (olho pequeno) dificultando a visão de objetos em detalhes de perto, necessitando-se de lentes convergentes para correção do problema. Na miopia ocorre o oposto: a formação da imagem se dá antes da retina (olho grande) dificultando a visão de objetos mais distantes, recomendando-se o uso de lentes divergentes para a correção. Resposta da questão 8: [E] A formação de imagens antes da retina é chamada de miopia (1ª lacuna) e depois da retina chama-se hipermetropia (3ª lacuna) e suas correções impõe a utilização de lentes divergentes (2ª lacuna) e convergentes (4ª lacuna). Assim, a alternativa correta é letra [E]. Resposta da questão 9: [A] Para corrigir a miopia, deve-se usar lentes divergentes de modo a se projetar a imagem num ponto (sobre a retina) após o ponto no qual a imagem se formaria originalmente. Analogamente, para hipermetropia deve-se usar lentes convergentes para correta projeção da imagem sobre a retina. Resposta da questão 10: [C] Por semelhança de triângulos: 2i di i 20 mm 6 mm 20 mm i i 4 10 mm o do 6 mm 3000 mm 3000 mm − = = = = Resposta da questão 11: [C] [I] Falsa. As lentes inferiores são para leitura e, portanto, não servem para quem tem miopia que necessitam melhorar a visão para longe. [II] Verdadeira. As lentes superiores são divergentes indicadas para a miopia, corrigindo a visão para maiores distâncias. [III] Verdadeira. As lentes inferiores são para pessoas com dificuldade de leitura, indicadas para pessoas com hipermetropia ou presbiopia. [IV] Falsa. Como são feitas de lentes convergentes, elas corrigem o foco que está depois de retina para que se forme sobre a retina. [V] Verdadeira. Por esse motivo são chamadas de lentes convergentes. Resposta da questão 12: [D] O cristalino é uma lente natural tendo o papel de convergir os raios luminosos recebidos pelo observador para a retina. Já a quantidade de luz que entra no olho é regulada pela dilatação da pupila que tem a forma circular escura interna à íris que caracteriza a cor dos olhos de cada um, enquanto as cores dos objetos que enxergamos são percebidas por células especializadas localizadas na retina, chamadas de bastonetes. Resposta da questão 13: [B] Como a imagem se forma antes da retina, o olho é míope. Como se percebe na figura, a convergência do sistema visual está muito acentuada, então a correção é feita com lente divergente. Resposta da questão 14: [B] A miopia é um defeito de visão que faz com que as imagens sejam formadas antes da retina, isto é, entre o cristalino e a retina, deixando a imagem borrada para distâncias longas. O uso de lentes divergentes corrige o problema. Resposta da questão 15: [E] Considerando o cristalino uma lente biconvexa simétrica e que as duas faces estejam em contato como o mesmo meio, pela equação do fabricante de lente, tem-se: ( ) ( ) ( )rel rel rel 1 1 1 1 2 1 n 1 n 1 f R. f R R f R 2 n 1 = − + = − = − A distância focal é diretamente proporcional ao raio de curvatura. Assim, se o raio de curvatura diminui, o cristalino tem sua distância focal reduzida. Da equação da vergência, 1 V , f = a vergência é inversamente proporcional à distância focal. Então, se a distância focal é reduzida, o cristalino torna-se mais convergente. Resposta da questão 16: [D] O míope não enxerga bem objetos distantes. Logo, ele deve usar lentes que forneçam imagens virtuais, direitas e mais próximas, em relação ao objeto. Isso se consegue com lentes divergentes. O módulo da distância focal em metro, é igual ao inverso da vergência, em dioptrias. Então: = = = 1 1 | f | f m f 50cm. | V | 2 Resposta da questão 17: [B] A vergência (V), em dioptria, e a distância focal (f ), em metro, são grandezas inversas. 1 1 f f 0,4 m. V 2,5 = = = Resposta da questão 18: [C] A tabela apresenta as diferentes deficiências visuais (ametropias) e as correspondentes lentes corretivas. Pessoa Ametropia Lentes corretivas Pai Presbiopia Bifocais ou multifocais Mãe Miopia Divergentes Filha Astigmatismo Cilíndricas Filho Hipermetropia Convergentes Resposta da questão 19: Dados apresentados: p 3 m o 3 mm p 0 m' 2 m = = = ( ) i P i 20 60 i mm 0 P 3 3000 3000 = − → = → = i 0,02 mm = Resposta da questão 20: [E] Se o cristalino não fosse achatado, não haveria a formação de duas imagens, uma em cada setor da retina.