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:
- O que são lentes esféricas? Importância e elementos geométricos
- Quais são os tipos de lentes e formação de imagem: divergente e convergente
- Regras para formar nome de lente
- Diferença entre asférica e esférica
- 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
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?
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?
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 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!
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:
- primeiramente, colocamos o nome da face de maior raio de curvatura;
- em seguida, o nome da de menor raio de curvatura;
- quando as duas faces têm nomes iguais, fazemos uso do prefixo bi (biconvexa, bicôncava);
- 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?
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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