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• Identificar alguns dos v?rios instrumentos ?pticos existentes.
• Compreeder o princ?pio de funcionamento desses instrumentos.
• Perceber a aplicabilidade desses instrumentos ?pticos e sua import?ncia para a sociedade.

50 min.

• Conhecimento das propriedades da luz na ?ptica geom?trica.
• Leis de reflex?o da luz.
• Espelhos planos, c?ncavo e convexo.
• Propriedades dos espelhos e lentes ?pticas.

Com esta aula, dever? ficar claro para os estudantes que existem v?rios tipos de instrumentos ?pticos e que neles s?o utilizados lentes e  espelhos, em conjunto ou separadamente. Para cada necessidade h? um instrumento de uso espec?fico. A aula deve ser realizada num laborat?rio de F?sica com recursos multim?dia (computadores conectados ? internet e projetor multim?dia). O professor deve dividir a turma em equipes de, no m?ximo, 5 estudantes.

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Atividade 1. Forma??o de imagens por interm?dio de uma lupa.

Material

• 01 lupa ?tica, fabricada com lente convergente, de 15 cm de di?metro e que tenha dist?ncia focal de 10 cm.
• 01 r?gua (30 cm), ou pequeno cilindro de madeira com 10 cm de comprimento.
• 01 computador conectado ? internet.

Observa??o: esse material ? para uma equipe de estudantes.

Procedimento

O professor deve entregar uma lupa e um cilindro de madeira, ou r?gua, a cada equipe.

Em seguida, o professor deve pedir que os estudantes verifiquem e anotem, para cada configura??o pedida, o que acontece com a imagem formada ao se observar o objeto (cilindro ou r?gua), aproximando-se ou afastando-se a lupa dele, conforme as dist?ncias estipuladas abaixo.

?         Dist?ncia do objeto em rela??o ? lente = 5 cm.

Observa??o esperada: imagem virtual (formada pelo prolongamento dos raios refletidos), direita (n?o invertida) e maior que o objeto.

?         Dist?ncia do objeto em rela??o ? lente = 10 cm.

Observa??o esperada: imagem impr?pria (os raios, assim como o prolongamento dos mesmos, n?o se cruzam), pois os raios refletidos s?o paralelos.

?         Dist?ncia do objeto em rela??o ? lente = 15 cm.

Observa??o esperada: imagem real (formada pelos raios emitidos pelo objeto) , invertida (formada de cabe?a para baixo) e maior que o objeto.

?         Dist?ncia do objeto em rela??o ? lente = 20 cm.

Observa??o esperada: imagem real, invertida e de mesmo tamanho que o objeto.

?         Dist?ncia do objeto em rela??o ? lente = 30 cm.

Observa??o esperada: imagem real,  invertida e menor que o objeto.

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Terminadas as verifica??es e anota??es, o professor deve solicitar aos estudantes de cada equipe que encontrem, nas anota??es feitas, uma imagem observada que tenha as mesmas caracter?sticas da que aparece na figura 1.

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Figura 1. Forma??o de imagem com uma lupa. Imagem obtida no endere?o: http://www.fisicaevestibular.com.br/images/optica15/image036.jpg

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O professor deve fazer as seguintes perguntas aos estudantes:

- A lupa serve para se fazer observa??es dos astros? Por qu??

Resposta esperada: N?o, porque quando a dist?ncia do objeto ao v?rtice da lente ? maior que a distancia do v?rtice ao centro, a imagem ? invertida e menor. Os astros est?o demasiadamente distantes.

- A lupa pode ser usada para observar objetos pr?ximos da lente?

Resposta esperada: Sim, pois quando os objetos est?o entre o  foco e o v?rtice da lente, a imagem ? virtual, maior e direita, sendo a lupa, portanto, ideal para se observar objetos pequenos e pr?ximos.

- Qual a posi??o do objeto no esquema mostrado na figura 1 e quais as caracter?sitcas da imagem?

Resposta esperada: o objeto encontra-se entre um dos focos e a lente. A imagem ? virtual, direita e maior que o objeto.

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Atividade 2. Utilizando uma luneta simples

Material

•  Computador com conex?o ? internet.
• 01 Kit composto por: uma lente de ?culos de 1 grau (positiva) para a objetiva, uma lente de 8 graus (positiva) ou duas de 4 graus para a ocular e um peda?o de tubo de papel?o de 30 mm a 50 mm de di?metro, com um metro de comprimento, daqueles usados para transportar plantas e desenhos pelas copiadoras. As lentes fornecidas pelas ?pticas s?o redondas, com 60 ou 75 mm. Para reduzir a aberra??o esf?rica, o di?metro das lentes deve ser reduzido para 25 mm esmerilando-se as bordas das lentes, ou, simplesmente, fazendo-se uso de um diafragma de cartolina.

Observa??o: esse material ? para uma equipe de estudantes.

Procedimento

O professor deve solicitar aos estudantes que acessem a p?gina http://observatoriophoenix.astrodatabase.net/n_telesc/24_N02.htm, que tr?z orienta??es para a constru??o de uma luneta e que as mesmas equipes formadas para a realiza??o do experimento 1 montem as lunetas. Em seguida, os estudantes devem realizar observa??es de objetos distantes (casa, pr?dio, poste e outros) e responder, baseados nos resultados das observa??es, os seguintes questionamentos:

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1 ? O que acontece com a imagem formada ao se deslocar a lente ocular em dire??o ? objetiva?

Resposta esperada: a imagem ? aumentada.

2 ? Uma objetiva de dist?ncia focal menor deve aumentar ou diminuir o tamanho da imagem final?

Resposta esperada: Diminuir, pois o aumento ? dado pela divis?o da dist?ncia focal da objetiva, pela dist?ncia focal da ocular.

3 - A luneta serve para observar objetos pr?ximos ou distantes?

Resposta esperada: distante

4 - No caso de observa??es realizadas com uma luneta de Kepler, como ser? a imagem de um objeto distante?

Resposta esperada: Invertida e maior que o objeto.

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Figura 2. Imagem obtida no endere?o: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/lunetas-e-telescopios/lunetas-e-telescopios-3.php

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A Ilustra??o acima nos mostra que tamb?m se podem usar espelhos na fabrica??o de lunetas e que as lunetas e telesc?pios nos permitem observar objetos localizados a dist?ncias muito grandes do observador, sendo utilizados na observa??o astron?mica.

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Atividade 3. Entendendo o funcionamento do microsc?pio

Material:

• 10 C?pias de um diagrama de microsc?pio (figura 6), impresso em papel;
• computadores conectados ? internet.

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O professor pode fazer uma pequena introdu??o sobre o microsc?pio, como a que faremos a seguir, contando um pouco de sua hist?ria e detalhes t?cnicos dessa inven??o que estimula nossa curiosidade e ? uma importante ferramenta para a pesquisa cient?fica.

A inven??o do microsc?pio aconteceu por volta de 1590. Seu uso permitiu uma amplia??o dos conhecimentos de biologia b?sica, pesquisa biom?dica, diagn?sticos m?dicos e ci?ncia dos materiais. Os microsc?pios de luz ampliam objetos em at? 1000 vezes. A tecnologia da microscopia de luz evoluiu muito desde os microsc?pios de Antoni van Leeuwenhoek, holand?s considerado seu inventor, e Robert Hooke, ingl?s que realizou muitos aperfei?oamentos ? inven??o.

Figura 3. C?lulas da casca de cebola aumentadas 200 vezes. Imagem retirada do endere?o: http://static.hsw.com.br/gif/light-microscope-11a.jpg

O microsc?pio capta luz de uma ?rea min?scula, bem iluminada e que est? pr?xima, ao contr?rio de um telesc?pio. Por esse motivo, o microsc?pio n?o precisa de uma grande objetiva. Nele, a objetiva ? pequena e esf?rica, o que significa que a dist?ncia focal ? muito menor em cada lado. A imagem do objeto ? focalizada a uma curta dist?ncia e dentro do tubo do instrumento. Uma segunda lente, chamada de ocular, amplia a imagem focalizada e a traz para o campo de vis?o do observador.

O microsc?pio possui uma fonte de luz e um condensador, outra diferen?a importante em rela??o ao telesc?pio. O condensador ? um sistema de lentes que, na mesma ?rea que est? sendo examinada pela objetiva, focaliza a luz da fonte em um lugar min?sculo e brilhante do esp?cime observado.

A qualidade da imagem de um esp?cime observado no microsc?pio ? avaliada pelas seguintes caracter?sticas: brilho, foco, resolu??o e contraste. Na figura a seguir, podemos ver a diferen?a entre imagens obtidas com ilumina??o boa  e ruim.

Figura 4. Imagem de um gr?o de p?len com boa luminosidade (esquerda) e fraca luminosidade (direita). Figura retirada do endere?o:

http://static.hsw.com.br/gif/light-microscope-brightness.jpg

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Figura 5. Imagem de um mircosc?pio ?ptico. Obtida no endere?o:  http://www.grupoescolar.com/materia/microscopio.html

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Figura 6.  Esquema ?ptico de um microsc?pio.  Imagem obtida no endere?o:  http://educar.sc.usp.br/otica/instrume.htm#microscopio

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Procedimento:

O professor dever? separar a turma em equipes de, no m?ximo, tr?s estudantes, entregar-lhes c?pias da figura 6. Eles dever?o acessar um simulador de lentes no endere?o http://fisica.ufpr.br/ntnujava/Lens/lens_e.html.  Ap?s realizarem v?rias simula??es, explorando o mecanismo de forma??o de imagens com lentes, eles dever?o responder ?s perguntas seguintes:

1 ? A lente objetiva de um microsc?pio deve ter dist?ncia focal grande ou pequena?

Resposta esperada: pequena. Nesse caso, quando colocamos o objeto entre o foco e o centro da lente, forma-se uma imagem real, invertida e maior, que servir? de objeto para a lente ocular, que ampliar? ainda mais a imagem, permitindo a observa??o de objetos extremamente pequenos ou microsc?picos.

2 ? Como ser? a imagem final observada pelo estudante?

Resposta esperada: Virtual, invertida e maior.

3 - O Microsc?pio ? ideal para observa??o de que tipo de objetos?

Resposta esperada: Objetos de tamanhos extremamente reduzidos ou microsc?picos.

4 - Quais as areas do conhecimento cient?fico fazem uso mais intenso de microsc?pios?

Resposta esperada : ?rea bio-m?dica (exames laboratoriais), pesquisas qu?micas e fisicas.

Para acessar um simulador para experimentos com espelhos e lentes, consulte o endere?o:  http://fisica.ufpr.br/ntnujava/Lens/lens_e.html

Para saber mais sobre instrumentos ?ticos, acesse os seguintes links: http://educar.sc.usp.br/otica/instrume.htm ,  http://pt.wikipedia.org/wiki/Instrumento_%C3%B3ptico , http://www.youtube.com/results?search_query=instrumentos+%C3%B3ticos&aq=f (O olho humano e os instrumentos ?ticos).

Ap?s estudar esta aula sobre instrumentos ?pticos o aluno dever? ser capaz de:

• Reconhecer os diferentes tipos de instrumentos ?pticos e entender como as imagens s?o formadas em cada um deles.
• Saber utilizar o instrumento adequado e necess?rio a cada tipo de situa??o de observa??o.