Lentes Delgadas

Formação de imagem com lentes delgadas
Nesta atividade, vamos inspecionar como variam as [color=#0000ff]características da imagem[/color] obtida com uma lente convergente convexa. Para simplificar, a lente tem o mesmo valor absoluto de [i]raio de curvatura[/i] [math]R_L[/math] nas duas faces (lente [i]equiconvexa[/i]). O [i]índice de refração[/i] é designado por [math]n_L[/math]. [br]Na [color=#1e84cc][b]applet 1[/b][/color], podemos definir os valores de [math]R_L[/math] e de [math]n_L[/math] e conferir o valor da [i]distância focal da lente[/i] [math]f_L[/math] que é calculada, usando a fórmula do fabricante de lentes:[br][center][math]\frac{1}{f_L}=\left(n_L-1\right)\left(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}\right)[/math][/center]onde, no caso da lente [i]equiconvexa convergente, [/i]o raio de curvatura da superfície anterior é positivo ([math]R_L>0[/math]), ou seja, temos [math]R_1=-R_2=R_L[/math], pelo que obtemos uma distância focal positiva [math]f_L=\frac{R_L}{2\left(n_L-1\right)}[/math]. [br][color=#0000ff]Definir a distância focal[br][/color] Uma vez calculada a distância focal da lente, a posição do ponto focal é definida no diagrama de traçado de raios, arrastando o ponto [math]F_2[/math] ao longo do eixo ótico.[br][br][color=#0000ff]Definir a distância objeto:[br][/color]A distância objeto [math]o[/math] é definida arrastando o ponto [math]O[/math] ao longo da horizontal.[br][br][color=#0000ff]Alterar a altura do objeto:[br][/color]Da mesma forma, a altura [math]h_o[/math] do objeto pode ser modificada, arrastando o ponto [math]O[/math] ao longo da vertical.[br][br][color=#ff7700][b]Medir [/b]a distância imagem e a ampliação:[br][/color]Uma vez definidas estas três grandezas, a[color=#0000ff] altura da imagem[/color] [math]h_i[/math] e a [color=#0000ff]distância imagem[/color] [math]i[/math] ficam definidas [color=#0000ff]geometricamente [/color]de acordo com as regras de traçado de raios. A distância imagem pode ser medida na applet fazendo [color=#0000ff][i]Zoom in[/i][/color] com a rodinha do rato e lendo a abcissa do ponto imagem [math]I.[/math] Acionando o botão [color=#0000ff]GRELHA[/color], obtém-se uma leitura mais fácil.[br][br][color=#ff7700][b]Calcular [/b]a distância imagem e a ampliação:[br][/color]A teoria paraxial da Ótica Geometrica fornece as seguinte fórmulas para o cálculo da distância imagem e da sua ampliação:[br][center][math]\frac{1}{o}+\frac{1}{i}=\frac{1}{f},\quad\quad A=\frac{h_i}{h_o}=-\frac{i}{o}[/math][/center]Em seguida, vamos usar a [b][color=#0000ff]applet 1[/color][/b] para determinar (em cm) :[br][color=#0000ff]a) [/color]a distância focal da lente [math]f_L[/math];[br][color=#0000ff]b) [/color]a distância imagem medida [math]i_m[/math],[br]variando a distância objeto, o raio de curvatura e o índice de refração da lente, conforme indicado em cada uma das linhas da [color=#0000ff][b]tabela [/b][/color]ao lado da applet.[br][br][color=#00ff00]Nota:[/color] [size=85]autor principal da applet - José Amoreira; adaptação de Elsa Susana Fonseca.[/size]
Applet 1: Formação de imagem com uma lente convergente
Questão 1
[color=#00ff00]EXEMPLO para a primeira linha da tabela:[br][/color][list][*]Introduza, na [b][color=#0000ff]applet 1[/color][/b], os valores de raio [math]R_L=8[/math] cm e índice de refração [math]n_L=1,5[/math] da lente e verifique o valor calculado para a distância focal [math]f_L[/math]. [/*][*]Em seguida, mova o ponto focal imagem [math]F_2[/math] para essa distância em relação à lente.[/*][*]Desloque o ponto objeto [math]O[/math] para a distância objeto [math]o=16[/math] cm. [/*][*]Meça a distância imagem [math]i_m[/math] (cm) e escreva o resultado na coluna E da tabela. Qual o valor encontrado?[/*][/list]
Questão 2
[color=#00ff00]Exemplo para a primeira linha da tabela (cont.)[/color][br]Use a fórmula do fabricante de lentes para calcular a distância focal da lente e compare com o valor [math]f_L[/math]fornecido pela applet 1. Escreva o resultado na coluna D da tabela.
Questão 3
[color=#00ff00]Exemplo para a primeira linha da tabela (cont.)[/color][br]Use a equação para cálculo da distância imagem para encontrar [math]i_c[/math](cm) e compare com o valor determinado pelo método de traçado de raios.
Questão 4
[color=#00ff00]Exemplo para a primeira linha da tabela (cont.)[br][/color]Arrastando o ponto objeto [math]O[/math] na vertical, dê uma altura de [math]h_o=5[/math] cm ao objeto e meça a altura da imagem [math]h_i[/math] com a ajuda da grelha.[br][list][*]Use a equação para cálculo da ampliação transversal para encontrar [math]A[/math] partindo dos valores [math]o[/math] e [math]i_c[/math]. [/*][*]Use o método de traçado de raios, para determinar [math]A[/math], usando as alturas [math]h_o[/math] e [math]h_i[/math] medidas no gráfico. [/*][*]Compare os dois valores obtidos.[/*][/list]
Questão 5
[color=#00ff00]Completando a tabela (lente convergente): efeito de variar a distância objeto, a forma e o material da lente[/color][br]Usando o procedimento descrito nas questões anteriores, preenchas as colunas D, E e F da tabela da applet 1 para os restantes casos (linhas 3 até 11) e compare os resultados obtidos algebricamente com os obtidos graficamente.
Questão 6
[color=#00ff00]Análise das características da imagem (lente convergente)[/color][br]Para cada caso da tabela da [color=#0000ff]applet 1[/color], observe a figura obtida e verifique se as [color=#0000ff]características [/color]previstas pelos cálculos algébricos quanto à natureza (real ou virtual), à orientação e ao tamanho imagem estão de acordo com o traçado de raios:[br][list][*]real [i]versus [/i]virtual; [/*][*]ampliada [i]versus [/i]reduzida (ou igual);[/*][*]direita [i]versus [/i]invertida.[/*][/list]Complete a coluna G da tabela.
Applet 2: Formação de imagem com uma lente divergente
Como tornar a lente divergente
Na primeira parte desta atividade, vimos como as características da imagem variam com a distância objeto numa [i]lente convergente[/i]. Na segunda parte, vamos examinar como variam essas características numa [i][color=#0000ff]lente divergente[/color][/i] com o mesmo valor absoluto de distância focal mas sinal oposto.[br]no caso da lente [i]equiconvexa divergente ([math]R_L<0[/math])[/i], usamos a mesma fórmula [math]f_L=\frac{R_L}{2\left(n_L-1\right)}[/math], mas como o raio de curvatura da superfície anterior, [math]R_L[/math], é negativo, obtemos uma distância focal negativa.[br]Assim, na [b][color=#0000ff]applet 2[/color][/b], vamos introduzir um valor negativo para [math]R_L[/math], conforme indicado na folha de cálculo.[br]A lente torna-se divergente arrastando o ponto focal [math]F_2[/math] para a esquerda da lente.
Questão 7
[color=#ff0000]Completando a tabela (lente divergente): efeito de variar a distância objeto, a forma e o material da lente[br][/color]Procedendo da mesma forma que no caso da lente convergente, preenchas as colunas D, E, F e G (linhas 2 até 11) da folha de cálculo da applet 2, para os parâmetros indicados nas colunas A, B e C. Compare os resultados obtidos algebricamente com os resultados obtidos graficamente.
Questão 8
[color=#ff0000]Análise das características da imagem (lente divergente)[/color][br]Para cada caso da tabela da [color=#0000ff]applet 2[/color], observe a figura obtida e verifique se as [color=#0000ff]características [/color]previstas pelos cálculos algébricos quanto à natureza (real ou virtual), à orientação e ao tamanho imagem estão de acordo com o traçado de raios:[br][list][*]real [i]versus [/i]virtual; [/*][*]ampliada [i]versus [/i]reduzida (ou igual);[/*][*]direita [i]versus [/i]invertida.[/*][/list]Complete a coluna G da tabela.
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