Identificar os fenômenos ópticos presentes em uma máquina fotográfica;

Definir as características da imagem formada em uma máquina fotográfica;

Resolver matematicamente problemas que envolvam os fenômenos ópticos em máquinas fotográficas.

Refração;

Formação de imagem em lentes;

Equação de Gauss.

Estratégias de ensino:

- Aula interativa com recursos de multimeios;

- Aula experimental demonstrativa ou participativa.

Materiais:

- Anteparo branco (pode ser uma folha de papel, formato A4, ou pedaço de cartolina. Deve estar fixo em um suporte);

- Lentes convergentes (preferencialmente com distância focal inferior à 500 mm. Se tiver mais de uma, poderá mostrar processo de focalização);

- Suporte para lentes;

- Duas lâmpadas coloridas (usar preferencialmente cores primárias da luz - vermelhas, verde e azul);

- Bocais para lâmpadas (pode-se utilizar suporte de abajur).

Introdução à aula:

Inicie a aula instigando os alunos a compreender como funciona uma máquina fotográfica. Se possível, leve uma máquina fotográfica para a sala (se for uma reflex, melhor ainda) e os provoque a explicar como a máquina capta uma imagem. Caso não possua uma máquina em mãos, as imagens abaixo podem servir de exemplos.

Figura 1: Máquinas fotográficas

Disponível em: http://www.mnemocine.com.br/download/manual_cap2_camera.pdf  acesso em 08/09/2010.

Disponível em: http://maquinafotograficadigital.com/maquinas-fotograficas-digitais-melhores  acesso em 08/09/2010  

É importante deixar claro para os alunos que todas essas máquinas possuem os mesmo princípios de funcionamento, independentemente da tecnologia adotada. Todas elas possuem três constituintes básicos:

- Conjunto de lentes;

- Corpo (câmara escura);

- Elemento de captação de imagem.

As imagens abaixo apresentam estes elementos de forma mais clara.

Figura 2: Elementos de uma máquina fotográfica

Figura 3: Lentes, corpo, CCD e filmes fotográficos

Disponível em: http://www.mnemocine.com.br/download/manual_cap2_camera.pdf acesso em 08/09/2010  

Disponível em: http://www.showded.com/myprofile/mainblog.php?user=shutterman&jnId=12666 acesso em 08/09/2010  

Para compreender o funcionamento de uma máquina fotográfica, os alunos devem compreender a finalidade do corpo da máquina e das lentes. O filme fotográfico, ou o CCD, podem ser melhor estudados em outra aula.

Formação da imagem:

Com uma das lentes convergentes, projete a imagem da janela da sala na parede oposta, ou em uma folha de papel. Se dispuser de várias lentes, forme grupos de alunos conforme a quantidade de lentes disponíveis e peça para que eles façam isso. Eles irão perceber que a imagem da janela no anteparo ficará nítida somente quando a lente estiver a uma determinada distância do mesmo. Você poderá comentar que em uma máquina fotográfica, ou em um projetor, este processo estará relacionado à focalização. Quando as imagens ficam borradas, em uma foto, não houve a adequação da distância relativa entre lentes e o anteparo (no caso o filme ou CCD).

Os recursos a seguir apresentam a formação de imagens:

Formação da Imagem e Percurso do Raio 

Recurso 1: Formação de imagens e percurso do raio

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=28395 acesso em 08/09/2010

Geometric optics 

Recurso 2: Formação de imagens e percurso do raio

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=16277 acesso em 08/09/2010 

Com o uso do recurso 1, você poderá simular a formação de imagens com uso de uma lente convergente. No caso, é interessante frisar que a lente representa a objetiva da máquina, e que a imagem, formada no filme (anteparo) é real, invertida e menor (no caso, sempre com o tamanho do filme, ou CCD).

O recurso 2 deixa claro aos alunos a presença do anteparo e a imagem nele formada.

Atividade 1 - Calculando matematicamente a posição de formação da imagem

Utilize a equação de Gauss e a equação do aumento linear transversal para trabalhar matematicamente a formação das imagens em máquinas fotográficas. Seguem duas sugestões:

Exemplo 1:  (UFRS) Uma câmera fotográfica, para fotografar objetos distantes, possui uma lente teleobjetiva convergente, com distância focal de 200 mm. Um objeto real está a 300 m da objetiva. A imagem que se forma, então, sobre o filme fotográfico no fundo da câmera é:

a) real, não-invertida e menor do que o objeto.

b) virtual, invertida e menor do que o objeto.

c) real, invertida e maior do que o objeto.

d) virtual, não-invertida e maior do que o objeto.

e) real, invertida e menor do que o objeto.

Exemplo 2: (FEI-SP) Uma câmara fotográfica com objetiva de 10 cm de distância focal é usada para fotografar objetos distantes. A distância da objetiva ao filme é da ordem de: a) 25 cm  b) 20 cm  c) 10 cm  d) 5 cm  e) 2,5 cm 

Focalização da imagem:

Como ficou claro no recurso 2, o anteparo se desloca em relação à lente. Na máquina fotográfica, o filme, ou CCD, deve ficar fixo, e o conjunto de lentes se movimentam para formar a imagem nítida. Neste momento, o experimento a seguir é muito pertinente.

Atividade 2 - Laboratório experimental

Posicione duas lâmpadas coloridas, uma em frente da outra, com a sala escurecida. A distância entre elas não deve ser muito grande, algo em torno de 10 cm.

Figura 4: Posição das lâmpadas

Associe duas lentes convergentes, até que a imagem de uma delas seja visualizada nitidamente no anteparo. Peça para que os alunos anotem o valor das distâncias entre as lentes, a distância das lâmpadas até as lentes e a cor da lâmpada que ficou nítida.

Figura 5: Posição das lentes e anteparo   

Desloque a lente mais próxima ao anteparo, de modo a deixar a lâmpada, antes desfocalizada, nítida. Repita o procedimento anterior e peça para que os alunos anotem os dados.

Figura 6: Focalização de objetos

Pergunte para os alunos o que eles perceberam. Lembre-se de citar que esta possibilidade de ajustar a distância entre as lentes da objetiva possibilita a seleção do objeto a ser fotografado.    

Figura 7: Profundidade de campo

Disponível em: http://www.rafalopes.com.br/blog/o-que-e-dof/  acesso em 08/09/2010  

Disponível em: http://www.111graus.com/2008/08/26/fotografia-profundidade-de-campo/  acesso em 08/09/2010      

Atividade 3 - Aprofundamento

Os alunos poderão, para entender a associação das lentes, fazer o diagrama de formação de imagens com os raios principais. É um ótimo exercício que trabalha a associação de lentes e as respectivas imagens formadas por cada uma das lentes.

Complemento - Relação interdisciplinar - Artes

Para mostrar aos alunos como ocorre a composição das cores, a partir das cores primarias, utilize o recurso 3. Reforce com eles que é na intersecção das cores primárias que se formam as outras cores e que a cor branca é composta pela combinação de todas as cores juntas.

Você também poderá trabalhar juntamente com a disciplina de artes. Verifique com o professor da disciplina se existe a possibilidade de se trabalhar a composição de cores.

Adição de cor 

Recurso 3: Adição de cores

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=28398 acesso em 08/09/2010  

Outro recurso que você poderá utilizar em suas aulas é o material do GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física, que apresenta a física vinculada à experiência cotidiana dos alunos. O link a seguir apresenta a explicação sobre diversos instrumentos ópticos e a física contida no olho humano.

Disponível em: http://www.if.usp.br/gref/optica/optica1.pdf  acesso em 08/09/2010  

Realize algumas perguntas para verificar se os alunos conseguiram identificar os fenômenos físicos presentes na máquina fotográfica. É importante que eles saibam identificar o tipo de lente utilizada, o processo de focalização e as características da imagem formada em uma máquina fotográfica.

Os alunos deverão resolver os exercícios da atividade 1 e entregar um relatório referente a atividade 2.

Caso tenha trabalhado a atividade 3, peça para que os alunos entreguem, em papel milimetrado, a imagem formada pela associação de lentes.