• Identificar as principais características das imagens formadas nos instrumentos óticos de projeção e nos instrumentos óticos de observação.
• Que as imagens para serem projetadas tem que ser imagens reais.
• Analisar a formação de imagens através da associação de meios óticos, (lentes e espelhos), em instrumentos simples de observação e projeção.

          Leis da reflexão, leis da refração, espelhos e lentes.

          Sugerimos que a fim de motivar o interesse pelo assunto da aula o professor inicialmente poderá projetar a foto da Figura 01, apresentando-a para a turma. Essa foto é uma imagem obtida do local onde será construído o maior telescópio ótico do mundo, em Cerro Armazones, montanha no deserto chileno.

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          Depois de apreciada a fotografia, o professor deverá falar sobre instrumentos óticos e explicar que eles se dividem em dois grupos: instrumentos óticos de observação e instrumentos óticos de projeção. Os instrumentos óticos simples mais comuns são:

Grupo I: Instrumentos de observação:

          Distinguem-se por formar imagem final virtual, de um objeto real.  Fazem parte desse grupo; a lupa, o microscópio composto, lunetas e telescópios.

Grupo II: Instrumentos de projeção:

          Caracterizam-se por formar imagem final real, que pode ser projetada numa tela ou anteparo. Pertencem a esse grupo; as câmeras fotográficas, as filmadoras e os projetores em geral.

Atividade I

          Na seqüência poderá usar a Figura 02, que ilustra o esquema de uma lupa, esta é apenas uma lente convergente. Poderá projetar essa figura numa tela e pedir aos alunos que observem o ponto onde o objeto deve ficar posicionado em relação à lente, para que possa ser observada uma imagem direita e ampliada do objeto. Faça a seguinte pergunta, que os alunos deverão responder oralmente:

          A que distância deverá posicionar o objeto do centro ótico da lente, lupa, para que o observador veja uma imagem direita e ampliada do objeto?

·        Olhando o esquema à esquerda na figura ou pelos conhecimentos sobre lentes, deverão responder que o objeto deverá posicionar entre o foco e o centro ótico da lente.

          Em seguida poderá substituir a Figura 02 pela Figura 03, que ilustra o esquema de um microscópio ótico composto. Explique aos alunos que a parte ótica do microscópio é basicamente constituída de duas lentes convergentes que deverão estar em posições tal que forme de um objeto, uma imagem ampliada. Desenhe no quadro ou na tela o esquema com as duas lentes (objetiva e ocular) e o objeto, esquema igual ao da figura, excluindo a formação das imagens.

          Distribua os alunos em duplas e peça a eles que determine a imagem do objeto através da primeira lente, objetiva.

          Depois deverão usar essa imagem como se fosse o objeto para a ocular, também uma lente convergente, e encontrar a imagem final.

·        Deverão obter uma imagem invertida e ampliada, que é uma repetição da Figura 03, mas será útil para reforçar como é determinada geometricamente a imagem final.

          Explique para eles que o aumento linear do microscópio é igual ao produto do aumento linear transversal da objetiva pelo aumento linear transversal da ocular. Esses valores normalmente vêm cotados nas lentes do aparelho. Se tiver um microscópio ótico no colégio peça para que as duplas calculem a ampliação da imagem possível no microscópio.

         Se não tiver, poderá simular alguns valores, por exemplo, suponha que a objetiva amplie a imagem de 15 vezes e a ocular de 8 vezes. Qual a ampliação da imagem nesse microscópio?

·        Certamente não terão dificuldades; vão multiplicar 8X15, ou seja, 120 vezes.

         Depois poderá usar a Figura 04, que ilustra o esquema de uma luneta astronômica ou telescópio de refração. No esquema, F_ob é o foco da objetiva e F_oc é o foco da ocular.

          Projete essa figura na tela e explique que as duas lentes, objetiva e ocular são lentes convergentes. Explique que, como no microscópio, para determinar geometricamente a imagem resultante do conjunto de lentes, primeiro obtenha a imagem formada através da objetiva, cuja imagem será o objeto para a ocular. Peça aos alunos para observar as posições dessas imagens em relação às lentes.

           Retire a figura e peça que, individualmente, faça o esquema da luneta e da formação da imagem formada. Retorne a figura para possam conferir e peça que comparem os esquemas do microscópio ótico e da luneta astronômica e verifiquem se há alguma diferença entre eles.

           Apenas pelos esquemas é difícil perceber alguma diferença, cabe ao professor informar que a luneta astronômica tem como o microscópio, duas lentes convergentes: a principal diferença está na distância focal da lente objetiva, que ao contrário do microscópio, a objetiva da luneta apresenta grande distância focal.

          Depois de comentar sobre as semelhanças e diferenças entre a composição das lentes no microscópio ótico e na luneta, o professor deverá mostrar o esquema do telescópio de Newton; este usa um espelho côncavo no lugar da objetiva e outro espelho plano cuja função é apenas de mudar a direção dos raios para a direção onde se encontra a lente ocular. Projete a Figura 05 na tela para mostrar o esquema do telescópio de reflexão e comente que a utilização do espelho côncavo substituindo a lente se deve a Newton, cujo objetivo era evitar as aberrações cromáticas ocorridas devido à refração da luz branca.

        Poderá ainda substituir as figuras 04 e 05 acima, pela simulação contida no link abaixo, para ilustrar e discutir com a turma, os tipos de telescópios e a maneira como são formados.

Óptica - Instrumentos de observação 

Atividade II

          Depois o professor deverá fazer mais um breve comentário sobre os instrumentos de projeção e fornecer exemplos de alguns instrumentos de projeção mais comuns.

Poderá explicar que o projetor de slides é utilizado para projetar em uma tela, uma imagem aumentada do objeto que está no slide. Basicamente, ele é constituído de uma lente convergente, como objetiva, e uma lâmpada cujo filamento está situado no centro de curvatura de um espelho côncavo, lâmpada e espelho juntos servem para iluminar com bastante intensidade o slide. Poderá projetar numa tela a Figura 06 que ilustra um esquema bem simplificado de um projetor de slides.

          Peça aos alunos que observem a posição do objeto, slide, em relação ao centro ótico da lente; deverão descrever esta posição e justificar porque não poderia estar nem muito afastado da lente nem a uma distância menor que a distância focal.

·        A imagem para ser projetada tem que ser real, para obter uma imagem real, maior que o objeto, o slide (objeto) precisa estar situado a uma distância D_o, do centro ótico da lente, tal que: f < D_o < 2f, f é a distância focal da lente. Se a distância D_o for maior que o dobro da distância focal, a imagem será menor que o objeto; se D_o for menor que a distância focal, a imagem será virtual, imagem virtual não pode ser projetada.

          Em seguida deverá usar a Figura 07, projetando-a na tela; o esquema, à esquerda na figura, corresponde ao esquema básico de uma câmara fotográfica referente à parte ótica. O funcionamento ótico da câmera fotográfica é basicamente equivalente ao de uma câmera escura, com a particularidade que, no lugar do orifício uma lente convergente é utilizada. No fundo da câmera encontra-se o anteparo no qual a imagem será gravada.

          Pergunte aos alunos, que deverão responder oralmente: onde se localiza o foco da lente em relação ao centro ótico e o anteparo?

·        Pelo esquema verifica-se que o foco da lente fica posicionado entre o centro ótico da lente e o anteparo onde se forma a imagem.

Atividade III

          Para explicar o funcionamento básico do olho humano, o professor poderá utilizar a Figura 08, que ilustra o esquema simples do olho humano. O olho humano é um sistema óptico complexo, formado por vários meios transparentes além de um sistema fisiológico com inúmeros componentes. De forma bem simplificada, do ponto de vista didático, o olho humano pode ser considerado um instrumento ótico constituído por uma lente biconvexa, chamada cristalino, que fica situada na região que antecede o globo ocular. No fundo do globo ocular está a retina, que é sensível à luz e serve de anteparo para as imagens, veja esquema na figura. As sensações luminosas após serem captadas e projetadas sobre a retina são enviadas ao cérebro pelo nervo ótico.

          Em um olho normal a imagem do objeto forma-se sobre a retina, porém o olho humano pode apresentar algumas anormalidades resultando na formação da imagem fora da retina. Pergunte se na turma alguém usa óculos, caso tenha alguém, que dificuldade apresenta relativa à visão?

          Faça os devidos comentários que julgar oportuno conforme manifestação do grupo e segue para a Figura 09.

        Poderá apresentar a Figura 09, projetando-a na tela e explicando os dois casos mais comuns de defeitos da visão. Na figura estão representados dois esquemas dos olhos: relativos a uma pessoa míope, em que a imagem se forma antes da retina e de uma pessoa hipermétrope, quando a imagem é formada após a retina. Nos esquemas há um retângulo cinza.

        Peça aos alunos que copiem cada um dos esquemas desenhando no lugar dos retângulos a lente (convergente ou divergente), possível para se corrigir a visão, tornado-a perfeita, de modo que a imagem se forme sobre a retina.

·        A solução dos exercícios, correção dos defeitos da visão ilustrada na Figura 09 se encontra na Figura10, abaixo onde está representada uma lente divergente para correção da miopia e uma lente convergente para correção da hipermetropia.

Acesse os seguintes endereços:

Instrumentos óticos

http://www.santoinacio.com.br/tds/instrumentos_opticos_andre_brito.pdf

Física - Optica

http://pt.scribd.com/doc/4077579/Fisica-Optica-Aplicacoes-I

Instrumentos óticos

http://www.estudeonline.net/revisao_detalhe.aspx?cod=288

Instrumentos óticos

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Instrumentosoticos/camera.php

          Para complementar o assunto, divida a turma em 6 grupos, (I a VI), depois encaminhe a tarefa para que os grupos: construam, faça esquema e explique o funcionamento, dos seguintes dispositivos óticos, a serem apresentados e avaliados, em outra aula prevista pelo professor.

·        Periscópio – grupos I e II.

·        Câmara escura - grupos III e IV.

·        Caleidoscópio - grupos V e VI.