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• Identificar as características da imagem formada de um objeto real por meio de espelhos ou lentes.
• Analisar a imagem de um objeto quando se encontra à frente de um espelho esférico em função de sua posição em relação ao espelho e a curvatura do espelho.
• Analisar a imagem de um objeto formada por uma lente convergente ou por uma lente divergente, em função do foco da lente e da posição do objeto.

50 minutos (Uma aula)

          Leis da reflexão e da refração da luz.

          Sugerimos que o professor, no início da aula, utilize a animação que se encontra disponível no link abaixo, para fazer uma exposição do conteúdo que será trabalhado durante a aula. Essa animação ilustra as leis da reflexão e da refração da luz, bem como o foco de espelhos esféricos, formação de imagens através de espelho plano e de espelhos esféricos (côncavo e convexo), o foco das lentes esféricas e formação de imagens em lentes esféricas, (convergente e divergente).

     Óptica geométrica 

 

 

Atividade I

          Se a escola dispuser de um laboratório de informática, oriente para que cada aluno acesse a simulação, e para que alguns alunos não percam muito tempo, auxilie-os como usar o simulador. Deverão seguir a seqüência proposta e observar cada detalhe ilustrado. Na formação de imagens deverão observar a imagem formada para diversas posições do objeto em relação ao dispositivo ótico.

         Quando estiver simulando o espelho côncavo, observar cuidadosamente as características das imagens quando o objeto se encontra nas seguintes posições: o máximo afastado do espelho, posicionado no centro de curvatura, entre o centro de curvatura e o foco, posicionado no foco, entre o foco e o vértice do espelho.

          Para a lente convergente, também atentar para as características das imagens principalmente quando o objeto se encontra nas seguintes posições: antes do foco da lente, no foco e entre o foco e o centro ótico da lente.

          O professor também deverá pedir atenção para que observem os focos dos espelhos e das lentes, relevando o fato de ser real ou virtual.

          Se não dispuser de uso pela internet para todos os alunos, o professor ainda poderá usar esse simulador, projetando as imagens na tela em uma sala, fornecendo as devidas orientações, explicando cada detalhe importante do conteúdo ilustrado durante a simulação.

 

Atividade II

          Depois o professor poderá apresentar a Figura 01, projetando-a ou imprimindo a figura e distribuído uma cópia para cada aluno, ou ainda fazer os esquemas no quadro. Reforçar as explicações em cada caso, dos raios principais em um espelho esférico; foco real, formado no ponto onde se cruzam os raios refletidos e foco virtual no cruzamento dos prolongamentos dos raios refletidos.

          Na Figura 01, quadro superior, estão ilustrados os pontos e os raios principais que incidem em um espelho côncavo. No quadro, parte inferior na figura, também estão ilustrados esses elementos para um espelho convexo. Lembrar aos alunos que um espelho esférico é uma calota esférica, ou seja, equivale à uma secção de uma esfera oca, sendo que, se a parte interna for a espelhada o espelho é côncavo, se for espelhada a parte externa o espelho é convexo.

          Os pontos, C, F e V são: C, centro de curvatura do espelho equivalente ao centro da calota esférica, F, foco do espelho e V, vértice do espelho, centro da calota. O segmento de reta que passa por C e V é denominado de eixo principal do espelho.

          Raios notáveis: veja na Figura 01.

1.      O raio luminoso que incide no espelho passando pelo centro, espelho côncavo, ou incide no espelho na direção do centro, espelho convexo, reflete na mesma direção que incidiu, ou seja, reflete sobre ele mesmo.

2.      O raio que incide no espelho passando pelo foco, espelho côncavo, ou na direção do foco, espelho convexo, reflete paralelo ao eixo principal; ou pela reversibilidade dos raios luminosos, se o raio incide paralelo ao eixo principal reflete na direção do foco.

3.      Se o raio incide no vértice do espelho, espelho côncavo ou convexo, reflete de tal modo que o ângulo incidente é igual ao refletido.

          O artifício geométrico para obtenção da imagem formada através do espelho baseia-se no princípio de que: dois raios partindo de um ponto e após ser refletido no espelho forma a imagem desse ponto onde os raios refletidos se cruzarem, ou caso eles se divergirem após serem refletidos, a imagem se forma no cruzamento do prolongamento dos raios refletidos.

          Esses mesmos parâmetros ilustrados na Figura 01 poderão ser explicados usando a animação segundo o link a seguir.

Óptica - Investigando os espelhos esféricos 

 

 

 

 

          O professor poderá usar o esquema da Figura 02, fazer cópias dessa figura e distribuir aos alunos ou desenhe os esquemas no quadro; peça que os alunos usando esses esquemas, esquema A ao esquema F, encontre a imagem do objeto, seta vermelha, e determine suas características em relação ao objeto.

          As imagens, setas cor cinza, do esquema A ao esquema F, se encontram na Figura 03. Comparando a imagem com o objeto, em cada caso, verifica-se que a relação da imagem com o objeto é a seguinte:

·        Em A: Objeto posicionado além do centro de curvatura do espelho; a imagem é real, invertida e menor que o objeto.

·        Em B: Objeto no centro de curvatura; imagem real, invertida e de mesmo tamanho que o objeto.

·        Em C: Objeto entre o centro de curvatura e o foco; imagem real, invertida e maior que o objeto.

·        Em D: Objeto no Foco do espelho, os raios refletidos são paralelos, não formam imagem, matematicamente diz-se que a imagem se formará no infinito, também se denomina de imagem imprópria.

·        Em E: Objeto entre o foco e o vértice do espelho; Imagem virtual, direita e maior que o objeto.

·        Em F: Espelho é convexo, a imagem será sempre virtual, direita e menor que o objeto.

                    Depois o professor poderá usar a Figura 04 para reforçar algumas propriedades importantes das lentes esféricas delgadas.    

          Os pontos destacados na figura são: A_o, ponto antiprincipal objeto; A_i, ponto antiprincipal imagem; F_o, foco objeto; F_i, foco imagem e O, centro ótico da lente.

          Eixo principal é a linha que passa pelo centro óptico e é perpendicular às superfícies da lente.

          Foco objeto (F_o) é o ponto de onde partindo os raios luminosos, emergem da lente paralelamente ao eixo principal.

          Foco Imagem (F_i) é o ponto do eixo principal para o qual convergem os raios que incidem paralelamente ao eixo principal.

          Alguns dos raios notáveis de uma lente esférica delgada estão ilustrados na Figura 04, suficientes para determinar geometricamente a imagem formada através da lente de um objeto posicionado frontalmente a ela.

1.      O raio que incide no centro ótico da lente, emerge dela sem sofrer desvio, independente da lente ser convergente ou divergente.

2.      O raio incidente cuja direção é paralela ao eixo principal, após emergir da lente passa pelo foco imagem se a lente for convergente. Na lente divergente é seu prolongamento que coincide com o foco imagem da lente.

          Os mesmos parâmetros ilustrados na Figura 04, bem como a formação de imagens, que poderão ser explicados usando simulação, link abaixo.

Óptica - Conhecendo as lentes delgadas 

 

 

 

Atividade III

          Após apresentação da Figura 04, peça aos alunos para determinarem geometricamente, a imagem de um objeto, em cada um dos esquemas, do quadro A ao quadro F, na Figura 05, e depois classificar a imagem obtida em relação ao objeto, em cada caso.

          As imagens dos esquemas se encontram na Figura 06, abaixo. Verifica-se que a imagem com relação ao objeto é a seguinte:

• ·        Em A: Objeto posicionado além do ponto antipricipal da lente; a imagem é real, invertida e menor que o objeto.
• ·        Em B: O objeto posicionado no ponto antiprincipal a imagem é real, invertida e e de mesmo tamanho que o objeto.
• ·        Em C: Objeto entre o ponto antiprincipal e o foco objeto; a imagem é real, invertida e maior que o objeto.
• ·        Em D: Objeto no Foco objeto da lente; os raios refratados emergem da lente saindo em direção paralela, por isso não formam imagem; matematicamente diz-se que a imagem se formará no infinito, também se denomina de imagem imprópria.
• ·        Em E: Objeto entre o foco e o centro ótico da lente; Imagem virtual, direita e maior que o objeto.
• .        Em F: A lente é divergente; a imagem de um objeto real será sempre virtual e menor que o objeto.

 

       

                 Exiba este filme para a turma, muito interessante:

 

Mago da física: imagem 3D: projeção de uma imagem real 

Nome	Tipo
Óptica - Investigando os espelhos esféricos	Animação/simulação
Óptica geométrica	Animação/simulação
Mago da física: imagem 3D: projeção de uma imagem real	Vídeo
Óptica - Conhecendo as lentes delgadas	Animação/simulação

          Acesse:

 

A física e o cotidiano - Laboratório virtual: Kit Ótico

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=33254

 

 

Defeitos e correção da visão:

http://educar.sc.usp.br/otica/instrume.htm

 

 

Microscópio ótico:

http://educar.sc.usp.br/otica/instrume.htm#microscopio

 

 

Lunetas e telescópio:

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/lunetas-e-telescopios/lunetas-e-telescopios-3.php

 

 

Espelho curvo – imagens em

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/2916/open/file/reflexao_da_luz_superficies_curvas.pdf?sequence=1&eventSource=2

 

 

Reflexão da luz - Espelhos Planos

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=10654

          Divida a turma em 8 equipes para que cada equipe pesquise, consultando em livros e na internet, o assunto a ela relacionado abaixo:

• Equipe I e equipe II – Microscópio ótico.
• Equipe III e equipe IV – Luneta e telescópio.  
• Equipe V e equipe VI – Defeitos e correção da visão.  
• Equipe VII e equipe VIII – Imagens de um objeto através de espelhos planos conjugados.