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Instrumentos ópticos, do micro ao macro

 

08/07/2011

Autor y Coautor(es)
José Higino Dias Filho
imagem do usuário

MONTES CLAROS - MG Universidade Estadual de Montes Claros

Edson Luis Nunes, Daniel Rodrigues Ventura, José Ângelo de Faria

Estructura Curricular
Modalidad / Nivel de Enseñanza Disciplina Tema
Educação Profissional Ambiente, Saúde e Segurança Técnico em Equipamentos Biomédicos
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Análises Químicas
Educação Profissional Produção Industrial Técnico em Impressão Gráfica
Ensino Médio Física Som, imagem e informação
Educação Profissional Apoio Escolar Técnico em Multimeios Didáticos
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Petroquímica
Datos de la Clase
O que o aluno poderá aprender com esta aula
  • Identificar alguns dos vários instrumentos ópticos existentes.
  • Compreeder o princípio de funcionamento desses instrumentos.
  • Perceber a aplicabilidade desses instrumentos ópticos e sua importância para a sociedade.
Duração das atividades
50 min.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
  • Conhecimento das propriedades da luz na óptica geométrica.
  • Leis de reflexão da luz.
  • Espelhos planos, côncavo e convexo.
  • Propriedades dos espelhos e lentes ópticas.
Estratégias e recursos da aula

Com esta aula, deverá ficar claro para os estudantes que existem vários tipos de instrumentos ópticos e que neles são utilizados lentes e  espelhos, em conjunto ou separadamente. Para cada necessidade há um instrumento de uso específico. A aula deve ser realizada num laboratório de Física com recursos multimídia (computadores conectados à internet e projetor multimídia). O professor deve dividir a turma em equipes de, no máximo, 5 estudantes.

 

Atividade 1. Formação de imagens por intermédio de uma lupa.

Material

  • 01 lupa ótica, fabricada com lente convergente, de 15 cm de diâmetro e que tenha distância focal de 10 cm.
  • 01 régua (30 cm), ou pequeno cilindro de madeira com 10 cm de comprimento.
  • 01 computador conectado à internet.

Observação: esse material é para uma equipe de estudantes.

Procedimento

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

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

·         Distância do objeto em relação à lente = 5 cm.

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

·         Distância do objeto em relação à lente = 10 cm.

Observação esperada: imagem imprópria (os raios, assim como o prolongamento dos mesmos, não se cruzam), pois os raios refletidos são paralelos.

·         Distância do objeto em relação à lente = 15 cm.

Observação esperada: imagem real (formada pelos raios emitidos pelo objeto) , invertida (formada de cabeça para baixo) e maior que o objeto.

·         Distância do objeto em relação à lente = 20 cm.

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

·         Distância do objeto em relação à lente = 30 cm.

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

 

Terminadas as verificações e anotações, o professor deve solicitar aos estudantes de cada equipe que encontrem, nas anotações feitas, uma imagem observada que tenha as mesmas características da que aparece na figura 1.

 

Lupa

Figura 1. Formação de imagem com uma lupa. Imagem obtida no endereço: http://www.fisicaevestibular.com.br/images/optica15/image036.jpg

 

O professor deve fazer as seguintes perguntas aos estudantes:

- A lupa serve para se fazer observações dos astros? Por quê?

Resposta esperada: Não, porque quando a distância do objeto ao vértice da lente é maior que a distancia do vértice ao centro, a imagem é invertida e menor. Os astros estão demasiadamente distantes.

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

Resposta esperada: Sim, pois quando os objetos estão entre o  foco e o vértice da lente, a imagem é virtual, maior e direita, sendo a lupa, portanto, ideal para se observar objetos pequenos e próximos.

- Qual a posição do objeto no esquema mostrado na figura 1 e quais as caracterísitcas da imagem?

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

 

Atividade 2. Utilizando uma luneta simples

Material

  •  Computador com conexão à internet.
  • 01 Kit composto por: uma lente de óculos de 1 grau (positiva) para a objetiva, uma lente de 8 graus (positiva) ou duas de 4 graus para a ocular e um pedaço de tubo de papelão de 30 mm a 50 mm de diâmetro, com um metro de comprimento, daqueles usados para transportar plantas e desenhos pelas copiadoras. As lentes fornecidas pelas ópticas são redondas, com 60 ou 75 mm. Para reduzir a aberração esférica, o diâmetro das lentes deve ser reduzido para 25 mm esmerilando-se as bordas das lentes, ou, simplesmente, fazendo-se uso de um diafragma de cartolina.

Observação: esse material é para uma equipe de estudantes.

Procedimento

O professor deve solicitar aos estudantes que acessem a página http://observatoriophoenix.astrodatabase.net/n_telesc/24_N02.htm, que tráz orientações para a construção de uma luneta e que as mesmas equipes formadas para a realização do experimento 1 montem as lunetas. Em seguida, os estudantes devem realizar observações de objetos distantes (casa, prédio, poste e outros) e responder, baseados nos resultados das observações, os seguintes questionamentos:

 

1 – O que acontece com a imagem formada ao se deslocar a lente ocular em direção à objetiva?

Resposta esperada: a imagem é aumentada.

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

Resposta esperada: Diminuir, pois o aumento é dado pela divisão da distância focal da objetiva, pela distância focal da ocular.

3 - A luneta serve para observar objetos próximos ou distantes?

Resposta esperada: distante

4 - No caso de observações realizadas com uma luneta de Kepler, como será a imagem de um objeto distante?

Resposta esperada: Invertida e maior que o objeto.

 

lunetas

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

 

A Ilustração acima nos mostra que também se podem usar espelhos na fabricação de lunetas e que as lunetas e telescópios nos permitem observar objetos localizados a distâncias muito grandes do observador, sendo utilizados na observação astronômica.

 

Atividade 3. Entendendo o funcionamento do microscópio

Material:

  • 10 Cópias de um diagrama de microscópio (figura 6), impresso em papel;
  • computadores conectados à internet.

 

O professor pode fazer uma pequena introdução sobre o microscópio, como a que faremos a seguir, contando um pouco de sua história e detalhes técnicos dessa invenção que estimula nossa curiosidade e é uma importante ferramenta para a pesquisa científica.

A invenção do microscópio aconteceu por volta de 1590. Seu uso permitiu uma ampliação dos conhecimentos de biologia básica, pesquisa biomédica, diagnósticos médicos e ciência dos materiais. Os microscópios de luz ampliam objetos em até 1000 vezes. A tecnologia da microscopia de luz evoluiu muito desde os microscópios de Antoni van Leeuwenhoek, holandês considerado seu inventor, e Robert Hooke, inglês que realizou muitos aperfeiçoamentos à invenção.

cebola no microscopio

Figura 3. Células da casca de cebola aumentadas 200 vezes. Imagem retirada do endereço: http://static.hsw.com.br/gif/light-microscope-11a.jpg

O microscópio capta luz de uma área minúscula, bem iluminada e que está próxima, ao contrário de um telescópio. Por esse motivo, o microscópio não precisa de uma grande objetiva. Nele, a objetiva é pequena e esférica, o que significa que a distância focal é muito menor em cada lado. A imagem do objeto é focalizada a uma curta distância e dentro do tubo do instrumento. Uma segunda lente, chamada de ocular, amplia a imagem focalizada e a traz para o campo de visão do observador.

O microscópio possui uma fonte de luz e um condensador, outra diferença importante em relação ao telescópio. O condensador é um sistema de lentes que, na mesma área que está sendo examinada pela objetiva, focaliza a luz da fonte em um lugar minúsculo e brilhante do espécime observado.

A qualidade da imagem de um espécime observado no microscópio é avaliada pelas seguintes características: brilho, foco, resolução e contraste. Na figura a seguir, podemos ver a diferença entre imagens obtidas com iluminação boa  e ruim.

imagem_iluminacao

Figura 4. Imagem de um grão de pólen com boa luminosidade (esquerda) e fraca luminosidade (direita). Figura retirada do endereço:

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

 

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Figura 5. Imagem de um mircoscópio óptico. Obtida no endereço:  http://www.grupoescolar.com/materia/microscopio.html

 

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Figura 6.  Esquema Óptico de um microscópioImagem obtida no endereço:  http://educar.sc.usp.br/otica/instrume.htm#microscopio

 

Procedimento:

O professor deverá separar a turma em equipes de, no máximo, três estudantes, entregar-lhes cópias da figura 6. Eles deverão acessar um simulador de lentes no endereço http://fisica.ufpr.br/ntnujava/Lens/lens_e.html.  Após realizarem várias simulações, explorando o mecanismo de formação de imagens com lentes, eles deverão responder às perguntas seguintes:

1 – A lente objetiva de um microscópio deve ter distância 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 servirá de objeto para a lente ocular, que ampliará ainda mais a imagem, permitindo a observação de objetos extremamente pequenos ou microscópicos.

2 – Como será a imagem final observada pelo estudante?

Resposta esperada: Virtual, invertida e maior.

3 - O Microscópio é ideal para observação de que tipo de objetos?

Resposta esperada: Objetos de tamanhos extremamente reduzidos ou microscópicos.

4 - Quais as areas do conhecimento científico fazem uso mais intenso de microscópios?

Resposta esperada : Área bio-médica (exames laboratoriais), pesquisas químicas e fisicas.

Recursos Complementares

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

Para saber mais sobre instrumentos óticos, acesse os seguintes links: http://educar.sc.usp.br/otica/instrume.htmhttp://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 óticos).

Avaliação

Após estudar esta aula sobre instrumentos ópticos o aluno deverá ser capaz de:

  • Reconhecer os diferentes tipos de instrumentos ópticos e entender como as imagens são formadas em cada um deles.
  • Saber utilizar o instrumento adequado e necessário a cada tipo de situação de observação.
Opinión de quien visitó

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