• §         Analisar através de observação fenômenos correspondentes à refração da luz.
• §         Avaliar a imagem observada através de uma lente.
• §         Determinar o foco de uma lente.

          Propagação retilínea da luz em um meio homogêneo, conceito de raio e feixe luminoso.

          Sugerimos ao professor inicialmente apresentar o seguinte filme sobre fenômenos que envolvem a refração da luz, que se encontra disponível na internet, segundo título e endereço abaixo:

Física Animada-Refração Luminosa

http://www.youtube.com/watch?v=-q7U2uDMT6c

Atividade I

           Depois mostre para os alunos um objeto em forma de bastão parcialmente mergulhado na água como o lápis no da Figura 01. Se for possível use um objeto maior, por exemplo, um cabo de vassoura num tanque de água, nesse caso fica mais notável a evidência que se deseja observar. O cabo de vassoura ou o lápis apresenta a aparência de entortar na superfície da água. Na maioria das escolas é possível levar a turma próxima a um tanque com água, eles já conhecem o fenômeno, mas faça com que observem e chame a atenção perguntando; porque ele aparenta mudar de direção no ponto em que começa a imergir?

          Depois faça o seguinte comentário: os pescadores como os índios sabem que para acertar um peixe num lago ou rio usando uma flecha ou com uma arma para atirar, deve mirar um pouco abaixo do peixe; isso é verdade ou apenas uma crença? Por quê?

          Faça também a experiência da moeda. Os observadores devem manter-se em posição tais que enxerguem apenas uma pequena parte da moeda enquanto o copo permanece vazio, e devem permanecer nessa posição enquanto o professor coloca água no recipiente, Figura 02.

          No Esquema A da figura verifica-se que o feixe de luz que parte da moeda em direção ao olho do observador, apenas os raios de uma parte da moeda atinge  o olho do observador, sendo os outros interceptados pela parede do copo. Dessa maneira o observador enxerga apenas uma pequena parte da moeda.

          Já no Esquema B, o recipiente está cheio de água; o feixe de luz que parte da moeda, ao passar da água para o ar, sofre desvio, de forma que todos os raios do feixe atingem o olho do observador, assim ele enxerga a imagem da moeda, como se ela tivesse numa posição mais elevada, veja a figura.

          Após discussões e comentários apresente a Figura 03, ou faça um esquema no quadro, para mostrar que é por causa da refração da luz que se deve mirar abaixo do peixe para atingi-lo. Nesta figura, N é a reta imaginária normal à superfície de separação dos meios, água e ar. Os raios luminosos ao passar da água (meio mais refringente) para o ar (menos refringente) sofrem um desvio afastando da normal. Os segmentos de reta, em vermelho, ilustram a trajetória dos raios de luz saindo do objeto, peixe, que atingem o olho do observador, como no Esquema B da Figura 02. O observador então enxerga o peixe como se ele estivesse na direção dos raios que chegam ao seu olho, imagem do peixe. Por isso, ao observar um objeto dentro da água, um observador fora dela, vê a imagem do objeto um pouco acima dele.

Atividade II

          O professor deverá orientar os alunos para fazer uma montagem semelhante ao esquema ilustrado na Figura 04. Será preciso uma fonte de luz de feixes paralelos ou duas canetinhas laser, dessas comuns encontradas em papelarias, uma lente convergente e uma folha de papel translúcido, vulgarmente denominado de papel manteiga. Se a sua escola não possuir lente, poderá ser conseguido numa ótica ou até mesmo de óculos usados para corrigir visão com hipermetropia, neste caso as lentes não deve ser multifocal.  

          Após fixar a lente sobre um suporte, mantenha as canetas apoiadas ou fixadas em suportes de modo a emitir dois raios paralelos frontais e perpendiculares à lente. Esses raios após atravessar a lente deverão atingir o anteparo, folha translúcida. Desloque a folha até que o ponto em que os raios emergentes da lente se cruzam, coincida na folha. Na folha então formará apenas um ponto luminoso. Esse ponto é o foco da lente, normalmente representado pela letra maiúscula F.

          Marque a distância desse ponto até o centro da lente, distância f, no esquema, ou seja, distância focal da lente. Veja que o foco da lente é um foco real, ele se forma num ponto por onde passa os raios emergentes, por convenção f é positivo.

          Com o valor de f, peça aos alunos para encontrar a convergência da lente em dioptria. Se souber o valor real da convergência da lente, compare os resultados e faça os comentários que julgarem relevantes.

Atividade III

          Após as conclusões tiradas do procedimento acima, o professor deverá pedir aos alunos para fazer outra montagem, semelhante àquela que construíram tomando como base o esquema da Figura 04, porém sem o anteparo e substituindo a lente convergente por uma lente divergente, Figura 05.

          Para essa montagem a lente por ser divergente possui as bordas espessas podendo, com cuidado, mantê-la fixa diretamente na mesa sem auxílio de suportes. Se necessário coloque as canetinhas apoiadas num livro ou caderno para que fiquem num plano mais alto, porém quanto mais próximo da superfície da mesa, melhor será para este experimento. Os dois raios paralelos após incidirem perpendiculares à lente, emergem desta, afastando-se um do outro, veja o esquema na figura. Forre a mesa com uma folha branca, fixando-a na superfície referente a região do experimento. Marque na folha os pontos A, B, C e D, para determinar a direção que passa os raios luminosos emergentes, mantendo uma distância mínima de 10 cm entre A e B e a mesma distância entre os pontos C e D. Marque com um traço a posição ocupada pelo centro da lente. Retire a lente e com uma régua trace com o lápis uma linha passando pelos pontos A e B e outra passando pelos pontos C e D. Essa duas linhas deverão se cruzar em um ponto, como as linhas tracejadas da Figura 05. Marque esse ponto, ele é o foco da lente quando se encontrava na posição que foi fixada. Em seguida meça a distância do ponto, foco da lente, até o traço onde se encontrava o centro da lente, f’ na figura, essa distância é a distância focal da lente. Como esse ponto se encontra no prolongamento dos raios emergentes, ou seja, onde na realidade não passa os raios emergentes, o foco é virtual. Por convenção f’ será negativo.

          Com o valor de f’, peça aos alunos para encontrar a convergência da lente em dioptrias. Se souber o valor real da convergência da lente, compare os resultados e faça comentários se julgar pertinentes.

          O professor poderá acessar a seguinte animação que se encontra disponível no Portal do Professor com o seguinte título e endereço:

Refração da luz: Lentes

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=30435

          Acesse também:

Experimento 18 - Calculadora Analógica Óptica

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=30369

          O professor poderá dividir a turma em várias equipes e orientá-los a realizarem uma pesquisa para apresentarem posteriormente em aula, sobre aplicação prática das lentes, dividindo os temas para as equipes como, por exemplo: instrumentos de observação, microscópio ótico, câmaras fotográficas, filmadoras, dispositivos de iluminação, correção visual, etc.