Física

Saiba o que são Lentes esféricas e tudo o que elas envolvem!

Entenda tudo sobre as Lentes Esféricas e suas características!Entenda tudo sobre as Lentes Esféricas e suas características!

As Lentes esféricas são um material transparente e homogêneo com duas superfícies em contato com o ar (frente e trás), o que chamamos de dioptro. Ela será esférica quando ao menos uma das superfícies for curva (convexa ou côncava). Ao todo, existem seis tipos de lentes, sendo três divergentes e três convergentes.

Neste artigo sobre lentes esféricas, você encontrará:

  1. O que são lentes esféricas? Importância e elementos geométricos 
  2. Quais são os tipos de lentes e formação de imagem: divergente e convergente
  3. Regras para formar nome de lente
  4. Diferença entre asférica e esférica
  5. Fórmula potência focal e correção de deficiências visuais
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O que são lentes esféricas?

As lentes são transparentes e homogêneas, ou seja, permitem passagem de luz e são formadas de um material bem misturado (vidro ou acrílico). Elas costumam ter duas superfícies em contato com o ar (frente e trás), o que chamamos de dioptro

Além disso, elas têm um formato definido e limitado. Ela será esférica quando possuir pelo menos uma das superfícies curvas. Então, ela pode ter um lado curvo e outro plano ou os dois em formato curvado.

Para que servem as lentes esféricas? (Importância)

As lentes esféricas possuem uma grande importância porque nos permite aumentar ou reduzir o tamanho que enxergamos um objeto. Elas são muito presentes no nosso dia a dia, pois costumam ser usadas nos óculos, nas lupas, câmera fotográfica, microscópio, telescópios e tantas outras coisas!

Além disso, elas são um objeto muito importante da física óptica. Portanto, antes de ler esse artigo, é preciso que você tenha noções prévias da óptica e dos fenômenos da luz! 

  • Saber o que é refração é essencial para continuarmos, portanto, vamos relembrar: é quando a luz sofre um desvio de trajetória ao mudar de um meio para o outro. Ao invés de refletir certinho, causa diferença na imagem que vemos. 

É assim que as lentes curvas funcionam e por isso vemos “efeitos especiais” se compararmos a um espelho plano. Você já deve ter visto aquelas casas de espelho que todos brincam com os formatos engraçados!

Elementos geométricos das lentes esféricas

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Toda lente esférica apresenta elementos geométricos em comum quando as colocamos no plano cartesiano! É importante aprendê-los porque eles são fixos e é a partir deles que se dará a formação de imagem. São eles:

  • Centro óptico (O): é o centro de simetria. Imagine que a lente é o espelho: à esquerda temos o mundo real e à direita temos o reflexo.
  • Foco principal do objeto (F)
  • Foco principal da imagem (F’)
  • Foco antiprincipal do objeto ou centro de curvatura do objeto (A ou C)
  • Foco antiprincipal da imagem ou centros de curvatura da imagem (A’ ou C’)
  • Distância focal (f) – distância entre o centro óptico da lente e o foco principal objeto
  • Raio de curvatura (R) – distância entre o centro óptico e o foco antiprincipal objeto
  • Posição do objeto (p)
  • Posição da imagem (p’)
  • Altura do objeto (o)
  • Altura da imagem (i)

A imagem acima mostra onde ficam todos esses elementos! Guarde essas informações ou volte para consultar, pois aí a frente precisaremos delas!

Na figura, também é possível observar uma linha horizontal e vertical que separa a lente em quadrantes. Assim como na matemática, cada parte da figura pode ser classificada em positiva ou negativa. Essa linha é chamada de eixo de simetria e é a partir dela que é construído o referencial de Gauss:

  • Qualquer ponto acima do eixo de simetria possui sinal positivo
  • Qualquer ponto abaixo do eixo de simetria possui sinal negativo
  • Qualquer ponto à direita do centro óptico da lente possui sinal positivo
  • Qualquer ponto à esquerda do centro óptico da lente possui sinal negativo

Quais são os tipos de lentes esféricas?

Dependendo do efeito que provocam, as lentes esféricas são classificadas em dois tipos:

  • Lentes divergentes: os raios passam por elas e são separados. Distanciam-se do centro de partida e correm para direções diferentes.
  • Lentes convergentes: os raios passam por elas e são direcionados para um mesmo lugar, aproximando-se em uma mesma direção.

O que são lentes divergentes?

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As lentes divergentes geralmente possuem bordas grossas e centro fino. A principal função dessa lente esférica é diminuir a imagem do que enxergamos. Isso acontece justamente porque os raios de luz divergem, ou seja, afastam-se.

Elas costumam ser formadas por 3 principais tipos de dioptros:

  • Bicôncava: possui duas faces côncavas (formato da parte da frente da colher)
  • Plano Côncava: uma face é plana e a outra é côncava
  • Convexa-Côncava: uma face é convexa (formado da parte de trás da colher) e a outra é côncava

Na representação dessa lente no plano, o eixo da superfície é desenhado por um linha vertical com setinhas apontando para dentro. (Lembre-se que a superfície plana é representada por uma uma linha vertical com as bordas cheias de risquinhos).

A formação de imagem na lente divergente tem sempre o mesmo resultado:

  • Virtual: é formada a partir do prolongamento dos raios luminosos, não por eles próprios. Por isso, não pode ser projetada. (É o contrário da imagem real)
  • À direita do objeto
  • Menor tamanho do que o original
  • Direta: não está invertida

O que são lentes convergentes?

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As lentes convergentes geralmente possuem bordas finas e centro grosso. A principal função dessa lente esférica é aumentar a imagem do que enxergamos. Isso acontece justamente porque os raios de luz convergem, ou seja, aproximam-se.

Elas costumam ser formadas por 3 principais tipos de dioptros:

  • Biconvexa: possui duas faces convexas
  • Plano Convexa: uma face é plana e a outra é convexa
  • Côncavo-convexa: uma face é côncava e a outra é convexa

Na representação dessa lente no plano, o eixo da superfície é desenhado por um linha vertical com setinhas apontando para fora. 

A formação de imagem na lente convergente pode ter 5 diferentes resultados, pois depende da posição do objeto em relação ao centro óptico:

  • Quando o objeto está posicionado antes do foco antiprincipal: Imagem real, invertida e menor 
  • Quando o objeto está no foco antiprincipal: Imagem real, invertida e mesmo tamanho 
  • Quando o objeto está entre o foco antiprincipal e o principal: Imagem real, invertida e maior 
  • Quando o objeto está no foco principal: Imagem imprópria, não forma nada
  • Quando o objeto está entre a lente e o foco principal: Imagem virtual, à direita do objeto e maior 

Exemplos de Formação de Imagens de lentes convergentes e divergentes

Agora, depois de todas as informações sobre os tipos de lentes, conceitos e componentes geométricos, você consegue observar como se forma o resultado final das imagens! Compare nesses exemplos a seguir!

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Quais são as regras existentes para se dar nome às lentes?

É possível distinguir seis tipos diferentes de lentes, levando-se em conta sua seção transversal. Para um observador externo à lente, que esteja olhando cada uma de suas faces, elas podem apresentar-se côncavas, convexas ou planas. Lembre-se: as lentes têm duas faces combinadas e uma delas é esférica, necessariamente.

A composição do nome de lente é feita da seguinte maneira:

  1. primeiramente, colocamos o nome da face de maior raio de curvatura;
  2. em seguida, o nome da de menor raio de curvatura;
  3. quando as duas faces têm nomes iguais, fazemos uso do prefixo bi (biconvexa, bicôncava);
  4. quando uma das faces é plana, seu nome vem em primeiro lugar (plano-côncava ou plano-convexa).

Potência Focal

A potência focal é a capacidade de convergir ou divergir. Cada lente apresenta uma potência, ou seja, um grau maior ou menor que consegue fazer isso com os raios que passarem.

Nas lentes convergentes, a distância focal é positiva, por isso também são chamadas de lentes positivas. Já nas lentes divergentes ela é negativa, portanto, são chamadas de lentes negativas.

A potência focal é calculada pela fórmula:

P = 1/f

Sendo:

  • P → potência focal
  • f → distância focal (distância da lente ao foco)

A potência focal tem como unidade de medida a Dioptria (D) e a distância focal é dada em metros (m).

Lentes esféricas na correção de defeitos da visão

É muito provável que você já tenha tido ou conheceu alguém que teve Miopia ou Hipermetropia. Essas deficiências visuais são muito comuns no nosso dia a dia e é por meio das lentes esféricas dos óculos é que podemos corrigi-las!

  • Miopia → lente divergente

A miopia é causada pelo alongamento do globo ocular, onde a retina se afasta do cristalino fazendo com que a pessoa tenha dificuldade para ver objetos distantes. Neste caso, a lente divergente é a que corrige esse problema, auxiliando a ver o que está longe.

  • Hipermetropia → lente convergente

A hipermetropia é causada pela diminuição do globo ocular, onde a retina se aproxima do cristalino, fazendo com que a pessoa tenha dificuldade para ver objetos próximos. Neste caso, a lente convergente é a que corrige esse problema de visão, auxiliando a ver o que está perto.

Qual a diferença entre lentes esféricas e asféricas?

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Mesmo sendo curvadas para corrigir a visão, as lentes esféricas podem formar imagens com distorções nítidas. Já as lentes asféricas se diferenciam por ser um aperfeiçoamento: elas aumentam o campo de visão e conseguem corrigir essas distorções, sem deixar de ter o efeito esperado do óculos.

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