Baixe Óptica: Determinando a Vergência de Lentes e o Campo Angular Visual de Telescópios e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity!
Aula 13
Vera Lucia Martins de Mello
INSTRUMENTOS ÓPTICOS
META Fazer com que o estudante pense no ensino de ciências como algo “orgânico” que está em profunda transformação; Fazer com que os alunos percebam através de uma atividade lúdica, que podemos ensinar física através de experimentos muito simples, e que a Física é uma ciência aplicada e que pode ser aprendida através da observação de vários dispositivos do nosso cotidiano; Fazer com que os alunos percebam as aplicações da física no cotidiano; Mostrar que existem muitas animações virtuais sobre o tema, e que ensinar e aprender física podem ser uma atividade divertida e interessante.
OBJETIVOS
Ao final desta aula, o aluno deverá: estar cientes das novas possibilidades e dos desafios que envolvem o ensino de ciências em geral;
- Que para se ensinar física não precisamos ficar presos ao livro didático;
- Que ensinar física não é ensinar a resolver problemas e que a física é uma mera aplicação da matemática;
- Que podemos ensinar a física das coisas e não as coisas da física;
- Estes devem estar cientes que é possível explorar vários recursos de multimídias e de experimentos de baixo custo em sala de aula.
PRÉ-REQUISITOS Os alunos deveram ter cursado as disciplinas de Psicologia da Educação, Física A, B e C.
Instrumentação para o Ensino de Física IV
INTRODUÇÃO
Essa é mais uma aula que é um subtópico do curso de Física C. Mas, ele é central na abordagem de se ensinar a física das coisas e não se ensinar física a partir de teorias desconexas da realidade. Essa aula é longa, mas pos- sui um caráter mais informativo do que formativo para o futuro professor. Assim, para os instrumentos mais simples como, por exemplo, a lupa, utilizamos textos de sites de ensino, preparados para o ensino médio. Já para o telescópio newtoniano tivemos autorização do professor Roberto Frangetto [9]^ para utilizar seu material. Existem muitos exemplos de applets de ensino e experimentos de baixo custo, o que faz o tema desta aula muito interessante de ser trabalhado em sala de aula. Instrumentos ópticos desempenham um papel importante no nosso modo de viver. Uma lupa, um microscópio ou um telescópio são exemplos de instrumentos ópticos. Alguns instrumentos envolvem apenas um com- ponente (uma lente – como a lupa) ou podem envolver vários componentes (prismas, espelhos e lentes). Vamos estudar em linhas gerais, o princípio de funcionamento dos instrumentos ópticos.
INSTRUMENTOS DE OBSERVAÇÃO
Lupa [1] A lupa é um instrumento óptico munido de uma lente com capacidade de criar imagens virtuais ampliadas. É utilizada para observar com mais detalhe pequenos objetos ou superfícies. Também denominada microscópio simples - é constituída de uma única lente esférica convergente. Quanto maior for o aumento desejado, menor deve ser sua distância focal. A lente só se comportará como lupa quando o objeto estiver colocado numa dis- tância inferior à sua distância focal. Para compreender como utilizamos a lupa, precisamos analisar tanto como ela conjuga as imagens e como estas imagens (objetos virtuais para o nosso olho) acabam sendo projetadas na nossa retina. (Só vemos imagens reais projetadas na nossa retina) A lupa é composta, normalmente, por uma lente biconvexa (convergente) de pequena distância focal. O sistema óptico do nosso olho é similar a de uma lente convergente (córnea + cristalino + humor aquoso + humor vítreo) e um anteparo (retina). Apesar da ampliação da imagem possibilitada pela lupa, ela não serve para a observação de objetos muito pequenos como células e bactérias, pois nesses casos se faz necessário um aumento muito grande. A solução é associarmos duas ou mais lentes convergentes, como no microscópio composto.
Instrumentação para o Ensino de Física IV
Lunetas e Luneta Astronômica [2] A luneta ou telescópio de refração é utilizada para observar objetos distantes. A luneta astronômica tem, como o microscópio, duas lentes convergentes: a objetiva que ao contrário do microscópio apresenta grande distância focal e a ocular. O esquema da figura abaixo mostra como é obtida a imagem de um objeto distante.
A objetiva forma a imagem I1I'1 sobre seu foco e esta imagem vai servir como objeto para a ocular que fornece a imagem final do sistema I2I'2 que é virtual e invertida. Observe que os focos da ocular e da objetiva praticamente coincidem. O aumento visual de uma luneta é expresso pela relação entre as dis- tâncias focais da objetiva (f 1 ) e da ocular (f 2 ): A = f 1 / f 2. A desvantagem da luneta astronômica para observar objetos terrestres é que ela fornece uma imagem invertida.
Luneta Terrestre [2] A luneta terrestre é semelhante à astronômica só que a imagem final obtida é direita. A figura abaixo mostra a luneta terrestre construída por Galileu em 1609.
Figura 3 - Esquema simplificado de formação da imagem em uma luneta astronômica. Disponível em: http://educar.sc.usp.br/otica/.
Instrumentos ópticos (^) Aula 13
Esta luneta tem como elemento característico uma ocular divergente. A objetiva é uma lente convergente. A distância entre as duas lentes é aproximadamente igual à diferença entre as duas distâncias focais (na construção do telescópio coloca-se esta distância igual). A primeira imagem I1I'1, fornecida pela objetiva, se forma sobre o foco imagem da objetiva (F'1). Esta imagem vai servir como objeto virtual para a ocular. A imagem final I2I'2 é direita, virtual e maior (ver figura abaixo).
Figura 4 - Luneta construída por Galileu. Disponível em: http://educar.sc.usp.br/otica/.
O aumento angular de uma luneta (A) é dado pela expressão: A = - f 1 /f 2 onde f1 é a distância focal da objetiva e f 2 é a distância focal da ocular. Observação: Os telescópios de reflexão utilizam um espelho parabólico côncavo no lugar da lente objetiva. A vantagem é que se têm menos aber- rações e por causa disto os telescópios de reflexão são mais utilizados nos observatórios. Outra vantagem é o baixo custo.
Figura 5 - Formação da imagem em uma luneta terrestre. Disponível em: http://educar.sc.usp.br/otica/.
Instrumentos ópticos (^) Aula 13
Na figura 8 está representada a câmara fotográfica simplificada, sem os refinamentos óticos ou mecânicos. A objetiva está representada por uma única lente convergente que forma uma imagem real e invertida do objeto fotografado, sobre o filme situado na parte posterior da máquina. A luz, ao incidir sobre o filme, provoca reações químicas, fazendo com que a imagem fique gravada. O filme vai apresentar a imagem em negativo, ou seja, as partes do filme que recebem mais luz tornam-se escuras e vice- versa. Para que seja fornecida sobre o filme uma imagem real e menor do objeto, o objeto deve estar situado antes da dupla distância focal.
Projetor de Slides Um projetor de slides (diapositivos) serve para projetar em uma tela uma imagem real e aumentada do objeto que está no slide. Basicamente, ele é constituído de uma lente convergente, como ob- jetiva, e uma lâmpada cujo filamento está situado no centro de curvatura do espelho côncavo que juntos servem para iluminar com bastante inten- sidade o slide. A figura abaixo mostra um esquema bem simplificado de um projetor de slides.
Figura 8 - Formação da imagem em uma máquina fotográfica.
Figura 9 - Esquema simplificado do projetor de slides.
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Instrumentação para o Ensino de Física IV
Para obter uma imagem real, maior e aumentada, o slide precisa estar situado a uma distância menor que a dupla distância focal (antes do foco).
ASSOCIAÇÃO DE LENTES [6]
No estudo de sistemas ópticos existe o interesse em se determinar a imagem quando dispomos de lentes delgadas de tal forma que seus eixos ópticos coincidam. Veremos a seguir que para entendermos o microscópio composto mais simples ou para entendermos um telescópio simples basta analisarmos a associação de duas lentes. Consideremos o caso em que dispomos de duas lentes L 1 e L 2. Nesse caso, basta considerarmos que a lente L 1 conjuga ao objeto O uma imagem i 1. Esta imagem se torna o objeto para a segunda lente. Um caso relativamente simples de associação de lentes é aquele em que as lentes são justapostas. Quando justapostas elas estarão encostadas uma na outra. Nessa situação elas funcionam como uma única lente equivalente ao conjunto. Pode-se mostrar que para um conjunto de lentes justapostas, a lente equivalente ao conjunto tem uma vergência que é a soma das vergên- cias das lentes que compõem o conjunto. Isto é, se C 1 for à vergência da primeira lente, C 2 a vergência da segunda lente e assim por diante, então a vergência da lente equivalente será: Ceq = C 1 + C 2 + .... Pode-se facilmente demonstrar a propriedade acima para duas lentes justapostas. De fato, admitimos p como a abscissa para o objeto. Para a primeira lente escrevemos:
A imagem de L 1 é o objeto para a segunda lente. Portanto, p 2 = -p 1. A imagem estando no ponto cuja abscissa é p’, esta será dada, para a segunda lente, por:
Somando as equações anteriores, teremos:
Portanto, a vergência equivalente será:
Ceq = C 1 + C 2
Instrumentação para o Ensino de Física IV
ópticos coincidam. Veremos a seguir que para entendermos o microscópio composto mais simples ou para entendermos um telescópio simples basta analisarmos a associação de duas lentes. Consideremos o caso em que dispomos de duas lentes L 1 e L 2. Nesse caso, basta considerarmos que a lente L 1 conjuga ao objeto O uma imagem i 1. Esta imagem se torna o objeto para a segunda lente.
Um caso relativamente simples de associação de lentes é aquele em que as lentes são justapostas. Quando justapostas elas estarão encostadas uma na outra. Nessa situação elas funcionam como uma única lente equivalente ao conjunto. Pode-se mostrar que para um conjunto de lentes justapostas, a lente equivalente ao conjunto tem uma vergência que é a soma das vergências das lentes que compõem o conjunto. Isto é, se C 1 for à vergência da primeira lente, C 2 a vergência da segunda lente e assim por diante, então a vergência da lente equivalente será: Ceq = C 1 + C 2 + .... Pode-se facilmente demonstrar a propriedade acima para duas lentes justapostas. De fato, admitimos p como a abscissa para o objeto. Para a primeira lente escrevemos:
A imagem de L 1 é o objeto para a segunda lente. Portanto, p 2 = -p 1. A imagem estando no ponto cuja abscissa é p’, esta será dada, para a segunda lente, por:
Somando as equações anteriores, teremos:
Portanto, a vergência equivalente será:
C (^) eq = C 1 + C (^2)
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE UM TELESCÓPIO NEWTONIANO [9]
INTRODUÇÃO
Instrumentação para o Ensino de Física IV
ópticos coincidam. Veremos a seguir que para entendermos o microscópio composto mais simples ou para entendermos um telescópio simples basta analisarmos a associação de duas lentes. Consideremos o caso em que dispomos de duas lentes L 1 e L 2. Nesse caso, basta considerarmos que a lente L 1 conjuga ao objeto O uma imagem i 1. Esta imagem se torna o objeto para a segunda lente.
Um caso relativamente simples de associação de lentes é aquele em que as lentes são justapostas. Quando justapostas elas estarão encostadas uma na outra. Nessa situação elas funcionam como uma única lente equivalente ao conjunto. Pode-se mostrar que para um conjunto de lentes justapostas, a lente equivalente ao conjunto tem uma vergência que é a soma das vergências das lentes que compõem o conjunto. Isto é, se C 1 for à vergência da primeira lente, C 2 a vergência da segunda lente e assim por diante, então a vergência da lente equivalente será: Ceq = C 1 + C 2 + .... Pode-se facilmente demonstrar a propriedade acima para duas lentes justapostas. De fato, admitimos p como a abscissa para o objeto. Para a primeira lente escrevemos:
A imagem de L 1 é o objeto para a segunda lente. Portanto, p 2 = -p 1. A imagem estando no ponto cuja abscissa é p’, esta será dada, para a segunda lente, por:
Somando as equações anteriores, teremos:
Portanto, a vergência equivalente será:
C (^) eq = C 1 + C (^2)
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE UM TELESCÓPIO NEWTONIANO [9]
INTRODUÇÃO
Instrumentação para o Ensino de Física IV
A = diâmetro do círculo focal [mm]; C = projeção do plano focal [mm]; D = diâmetro do espelho principal [mm]; D = diâmetro interno do tubo [mm]; F = distância focal do espelho [mm]; 1 = eixo maior do espelho diagonal [mm]; 2 = eixo menor do espelho diagonal [mm].
Figura 12 - Esquema de um telescópio refletor
DIMENSÃO DO ESPELHO DIAGONAL
Para que se obtenha a melhor qualidade possível da imagem, é essen- cial que o espelho diagonal tenha um contorno elíptico. Suas dimensões podem ser calculadas pelas expressões que se seguem, as quais podem ser deduzidas a partir da figura.
Se o valor de l1 for menor que o resultado é simplesmente desas- troso, pois somente uma parte do campo visual é preenchida pelo espelho diagonal, o que torna impraticável o uso do telescópio.
Figura 13 - Exemplos de Telescópios Refletores Newtonianos Comerciais.
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- D = diâmetro interno do tubo [mm];
- F = distância focal do espelho [mm];
- 1 = eixo maior do espelho diagonal [mm];
- 2 = eixo menor do espelho diagonal [mm].
INSERIR FIGURA 13
Dimensão do espelho diagonal
Para que se obtenha a melhor qualidade possível da imagem, é essencial que o espelho diagonal tenha um contorno elíptico. Suas dimensões podem ser calculadas pelas expressões que se seguem, as quais podem ser deduzidas a partir da figura.
e
Se o valor de l 1 for menor que , o resultado é simplesmente desastroso, pois somente uma parte do campo visual é preenchida pelo espelho diagonal, o que torna impraticável o uso do telescópio.
INSERIR FIGURA 14
Instrumentação para o Ensino de Física IV
- D = diâmetro interno do tubo [mm];
- F = distância focal do espelho [mm];
- 1 = eixo maior do espelho diagonal [mm];
- 2 = eixo menor do espelho diagonal [mm].
INSERIR FIGURA 13
Dimensão do espelho diagonal
Para que se obtenha a melhor qualidade possível da imagem, é essencial que o espelho diagonal tenha um contorno elíptico. Suas dimensões podem ser calculadas pelas expressões que se seguem, as quais podem ser deduzidas a partir da figura.
e
Se o valor de l 1 for menor que , o resultado é simplesmente
desastroso, pois somente uma parte do campo visual é preenchida pelo espelho diagonal, o que torna impraticável o uso do telescópio.
INSERIR FIGURA 14
Instrumentos ópticos (^) Aula 13
Campo Angular Máximo A partir da figura 14, obtém-se a expressão que fornece o campo angular visual do telescópio em função da abertura da lente de campo da ocular e da distância focal do espelho principal:
No caso do instrumento ser projetado para uso geral, geralmente impõe-se para α um valor ao redor de 60 minutos de arco, o que permite a observação de uma grande variedade de objetos. Já para observação específica do Sol ou da Lua, o projeto requer α=35´ e para observação de alta resolução de planetas e de estrelas binárias, basta projetar o instrumento para α situando-se entre 5 e 10 minutos de arco, com oculares de grandes aumentos.
Pupila de saída Quando, num telescópio, colocamos uma ocular com distância focal equivalente igual a f e, em seguida, focalizamos um objeto distante, a con- figuração dos raios luminosos 1 e 2 se verifica conforme esquematizados na figura abaixo: O disco (E) formado pela convergência desses raios incidentes na periferia do espelho parabólico é chamada “pupila de saída”, e nada mais é do que a imagem do espelho principal formada pela ocular em uso. É possível medir o diâmetro da pupila de saída, bastando dispor-se de um dispositivo de medição de grande precisão.
Figura 14 - e = deslocamento do centro do espelho diagonal em mm.
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Dimensão do espelho diagonal
Para que se obtenha a melhor qualidade possível da imagem, é essencial que o espelho diagonal tenha um contorno elíptico. Suas dimensões podem ser calculadas pelas expressões que se seguem, as quais podem ser deduzidas a partir da figura.
e
Se o valor de l 1 for menor que , o resultado é simplesmente
desastroso, pois somente uma parte do campo visual é preenchida pelo espelho diagonal, o que torna impraticável o uso do telescópio.
INSERIR FIGURA 14
Campo Angular Máximo
A partir da figura 14, obtém-se a expressão que fornece o campo angular visual do telescópio em função da abertura da lente de campo da ocular e da distância focal do espelho principal:
No caso do instrumento ser projetado para uso geral, geralmente impõe- se para α um valor ao redor de 60 minutos de arco, o que permite a observação de uma grande variedade de objetos.
Já para observação específica do Sol ou da Lua, o projeto requer α=35´ e para observação de alta resolução de planetas e de estrelas binárias, basta projetar o instrumento para α situando-se entre 5 e 10 minutos de arco, com oculares de grandes aumentos.
Instrumentos ópticos (^) Aula 13
Adotando-se como unitário o valor do brilho das estrelas de sexta grandeza, obtém-se a seguinte expressão, que relaciona o brilho B de uma estrela qualquer, a sua grandeza m:
B=2.512σ-m
Na forma logarítmica,
log B =0,4(σ-m)
Magnitude Limite de um Microscópio Newtoniano Considerando-se que, à vista desarmada pode-se perceber uma estrela de grandeza 6.2, deduz-se, por simples considerações sobre as áreas relativas de um telescópio e a do olho humano com a pupila toda dilatada e quando a pupila de saída tiver diâmetro ao redor de 7 mm, que a grandeza limite de um telescópio é dada pela expressão:
M=0,8+5logd
Poder de Resolução O olho normal é capaz de distinguir dois pontos luminosos ou duas linhas paralelas, desde que estejam separadas o suficiente para que o ângulo de observação seja, no mínimo, um minuto de arco. Para que haja certa comodidade de observação, adota-se, para efeito de projeto de sistemas ópticos, como quatro minutos de arco o valor do poder de resolução da vista desarmada.
A Imagem de Difração de uma Estrela A distância das estrelas é tão grande que, mesmo as gigantes como Betelgeuse, são observadas sob ângulos tão pequenos, que, para todos os fins práticos, podem ser considerados como meros pontos luminosos. No entanto, ao observarmos as estrelas com oculares de grandes aumen- tos, percebe-se que as mesmas produzem uma imagem constituída por um disco central luminoso acompanhado por um ou mais anéis concêntricos.
Figura 16 – Difração.
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Instrumentação para o Ensino de Física IV
Disco de Airy O disco central dessa figura, que, num sistema óptico perfeito, con- centra cerca de 84% de toda a luz que penetra no telescópio é denominada Disco de Airy , em homenagem a Sir George Airy , sétimo astrônomo Real da Inglaterra, o qual, estudou detalhadamente o fenômeno da formação de imagens em telescópios. O diâmetro angular do Disco de Airy é quem determina o poder de resolução de telescópios de pequeno e médio porte. Já para os grandes telescópios, é a turbulência atmosférica que limita o seu desempenho como teremos oportunidades de discutir mais adiante. O diâmetro angular do Disco de Airy, expresso em segundos de arco, é dado pela expressão a seguir:
Poder de Resolução de um Telescópio Suponhamos que estamos observando um par de estrelas de sexta- grandeza sob grande aumento, e que as mesmas estão tão próximas umas das outras, que os seus Discos de Airy se apresentem interpenetrantes como na figura abaixo. O valor de separação angular mínima, expressa em segundos de arco, que ainda nos permite perceber as duas estrelas separadas denomina-se "Poder de Resolução“.
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Disco de Airy
O disco central dessa figura, que, num sistema óptico perfeito, concentra cerca de 84% de toda a luz que penetra no telescópio é denominada Disco de Airy , em homenagem a Sir George Airy , sétimo astrônomo Real da Inglaterra, o qual, estudou detalhadamente o fenômeno da formação de imagens em telescópios.
O diâmetro angular do Disco de Airy é quem determina o poder de resolução de telescópios de pequeno e médio porte. Já para os grandes telescópios, é a turbulência atmosférica que limita o seu desempenho como teremos oportunidades de discutir mais adiante. O diâmetro angular do Disco de Airy, expresso em segundos de arco, é dado pela expressão a seguir:
Poder de Resolução de um Telescópio
Suponhamos que estamos observando um par de estrelas de sexta- grandeza sob grande aumento, e que as mesmas estão tão próximas umas das outras, que os seus Discos de Airy se apresentem interpenetrantes como na figura abaixo.
O valor de separação angular mínima, expressa em segundos de arco, que ainda nos permite perceber as duas estrelas separadas denomina-se "Poder de Resolução“.
INSERIR FIGURA 17
Sua expressão em função da abertura do telescópio foi estabelecida experimentalmente por W. R. Dawes no século dezenove, sendo por isso, também conhecido como "Limite de Dawes". Esse limite vale:
MICROSCÓPIO ÓPTICO
Introdução
Sua expressão em função da abertura do telescópio foi estabelecida experimentalmente por W. R. Dawes no século dezenove, sendo por isso, também conhecido como "Limite de Dawes". Esse limite vale:
Figura 16 – Difração.
Instrumentação para o Ensino de Física IV
INSERIR FIGURA 16
Disco de Airy
O disco central dessa figura, que, num sistema óptico perfeito, concentra cerca de 84% de toda a luz que penetra no telescópio é denominada Disco de Airy , em homenagem a Sir George Airy , sétimo astrônomo Real da Inglaterra, o qual, estudou detalhadamente o fenômeno da formação de imagens em telescópios.
O diâmetro angular do Disco de Airy é quem determina o poder de resolução de telescópios de pequeno e médio porte. Já para os grandes telescópios, é a turbulência atmosférica que limita o seu desempenho como teremos oportunidades de discutir mais adiante. O diâmetro angular do Disco de Airy, expresso em segundos de arco, é dado pela expressão a seguir:
Poder de Resolução de um Telescópio
Suponhamos que estamos observando um par de estrelas de sexta- grandeza sob grande aumento, e que as mesmas estão tão próximas umas das outras, que os seus Discos de Airy se apresentem interpenetrantes como na figura abaixo.
O valor de separação angular mínima, expressa em segundos de arco, que ainda nos permite perceber as duas estrelas separadas denomina-se "Poder de Resolução“.
INSERIR FIGURA 17
Sua expressão em função da abertura do telescópio foi estabelecida experimentalmente por W. R. Dawes no século dezenove, sendo por isso, também conhecido como "Limite de Dawes". Esse limite vale:
MICROSCÓPIO ÓPTICO
Introdução
Instrumentação para o Ensino de Física IV
simples e compostos, respectivamente. Estes aparelhos utilizavam a luz refletida pelo objeto fortemente iluminado. Vários modelos foram a seguir construídos, entre os quais alguns de valor histórico, como por exemplo, o de Robert Hooke. Mas, teria de decorrer quase um século até que o mi- croscópio óptico composto, sucessivamente aperfeiçoado, fosse capaz de permitir imagens de grande qualidade.
CONSTITUIÇÃO DO MICROSCÓPIO ÓPTICO
COMPOSTO [4]
Atualmente, o microscópio óptico composto (M.O.C.) é constituído por duas partes – uma parte mecânica e uma parte óptica. Cada parte engloba uma série de componentes constituintes do microscópio. A parte mecânica serve para dar estabilidade e suportar a parte óptica. Esta parte é constituída por: Pé ou Base – suporta o microscópio, assegurando a sua estabilidade; Braço ou Coluna – peça fixa à base, na qual estão aplicadas todas as outras partes constituintes do microscópio; Tubo ou Canhão – cilindro que suporta os sistemas de lentes, localizando- se na extremidade superior a ocular e na inferior o revólver com objetivas; Platina – peça circular, quadrada ou retangular, paralela à base, onde se coloca a preparação a observar, possuindo no centro um orifício circular ou alongado que possibilita a passagem dos raios luminosos concentrados pelo condensador; Parafuso Macrométrico – engrenagem que suporta o tubo e permite a sua deslocação a da platina. É indispensável para fazer a focagem;
Figura 19 – Modelos Históricos.
Instrumentos ópticos (^) Aula 13
Parafuso Micrométrico – imprime ao tubo ou à platina movimentos de amplitude muito reduzida, completando a focagem. Permite explorar a profundidade de campo do microscópio; Revólver – disco adaptado à zona inferior do tubo, que suporta duas a quatro objetivas de diferentes ampliações: por rotação é possível trocar rapidamente e comodamente de objetiva.
A parte óptica é constituída por: Sistema de Oculares e Sistema de Objetivas – o conjunto de lentes que permitem a ampliação do objeto. A ampliação dada ao microscópio é igual ao produto da ampliação da objetiva pela ampliação da ocular; Fonte Luminosa – existem vários tipos de fontes luminosas, podendo ser uma lâmpada (iluminação artificial), ou um espelho que reflita a luz solar (iluminação natural); Condensador – distribui regularmente, no campo visual do microscópio, a luz refletida pelo espelho; Diafragma – regula a intensidade luminosa no campo visual do mi - croscópio.
Figura 20 - Esquema de um microscópio óptico composto (parte mecânica).
Figura 21 – Esquema de um microscópio óptico composto (parte óptica).
Instrumentos ópticos (^) Aula 13
Poder Separador Já o poder separador do microscópio é a medida da capacidade de um instrumento óptico discriminar objetos pontuais muito próximos. Esta ca- pacidade depende das figuras de difração, desde que as aberrações tenham sido corrigidas na equação (4).
(4)
onde: l é o comprimento de onda da radiação que ilumina o objeto.
Limite do M.O.C. [5] “... No inicio do século XIX estava definido o limite de resolução do microscópio óptico. Segundo o físico alemão Ernst Abbe (1840-1905), esse limite dependia principalmente do comprimento de onda (λ) da luz com que se observa o objeto. O MO não pode ver pontos do objeto mais próximos do que 0,2 micrometros (1 μm = 10-3^ mm), ou seja, seu aumento máximo está em torno de mil vezes. (Não muito mais do que Leeuwenhoek conseguia!)” [5]. O conhecimento dos fenômenos ondulatórios permite-nos saber que a imagem de um ponto luminoso obtido através de uma lente é formada por um circulo central luminoso cercado de anéis claros, com intensidades decrescentes (difração). Quando buscamos aumentos baixos, não obser- vamos essa figura, mas é ela que determina o limite de aumento para cada diâmetro da lente e para cada cor da luz de iluminação. Quanto maior o λ, mais critica é a situação. Daí concluirmos que já atingimos o aumento máximo permitido pelo MO, pois as aberrações (distorções) das lentes já foram suficientemente bem corrigidas, mas o nosso olho infelizmente não vê a luz com λ menor que o violeta. É então que entramos com um novo universo que o ME pode proporcionar.
ATIVIDADES
Experimentos de Baixo custo 1- A câmera escura de orifício [3] O funcionamento de uma câmera escura de orifício pode ser entendido a partir de um arranjo bem simples. Tomemos uma caixa completamente fechada e nela fazemos um pequeno orifício. Uma vela colocada na frente do orifício produzirá uma imagem semelhante ao objeto (a vela), porém invertida. O tamanho de imagem (i) e o tamanho do objeto (o) são relacio- nados com as distâncias do objeto (d) ao orifício e a distância da imagem ao orifício (d') através da relação.
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objetiva e é o ângulo do cone de luz que penetra na objetiva.
Poder Separador
Já o poder separador do microscópio é a medida da capacidade de um instrumento óptico discriminar objetos pontuais muito próximos. Esta capacidade depende das figuras de difração, desde que as aberrações tenham sido corrigidas na equação (4).
(4)
onde: l é o comprimento de onda da radiação que ilumina o objeto.
Limite do M.O.C. [5]
“... No inicio do século XIX estava definido o limite de resolução do microscópio óptico. Segundo o físico alemão Ernst Abbe (1840-1905), esse limite dependia principalmente do comprimento de onda ( ) da luz com que se observa o objeto. O MO não pode ver pontos do objeto mais próximos do que 0,2 micrometros (1 m = 10 -3^ mm), ou seja, seu aumento máximo está em torno de mil vezes. (Não muito mais do que Leeuwenhoek conseguia!)” [5].
O conhecimento dos fenômenos ondulatórios permite-nos saber que a imagem de um ponto luminoso obtido através de uma lente é formada por um circulo central luminoso cercado de anéis claros, com intensidades decrescentes (difração). Quando buscamos aumentos baixos, não observamos essa figura, mas é ela que determina o limite de aumento para cada diâmetro da lente e para cada cor da luz de iluminação. Quanto maior o , mais critica é a situação. Daí concluirmos que já atingimos o aumento máximo permitido pelo MO, pois as aberrações (distorções) das lentes já foram suficientemente bem corrigidas, mas o nosso olho infelizmente não vê a luz com menor que o violeta. É então que entramos com um novo universo que o ME pode proporcionar.
Instrumentação para o Ensino de Física IV
Observe que a relação acima segue da semelhança entre os triângulos OA'B. Tais relações decorrem da propagação retilínea, assim como a in- versão da imagem.
16
produzirá uma imagem semelhante ao objeto (a vela), porém invertida. O tamanho de imagem (i) e o tamanho do objeto (o) são relacionados com as distâncias do objeto (d) ao orifício e a distância da imagem ao orifício (d') através da relação.
d '
d
i
o
Observe que a relação acima segue da semelhança entre os triângulos OA'B. Tais relações decorrem da propagação retilínea, assim como a inversão da imagem.
INSERIR FIGURA 23
Conforme a posição da vela, a imagem pode não ficar muito nítida, assim, mude a posição da vela em frente à caixa até obter uma imagem mais nítida.
2 - Um projetor de feixes de luz [8]
Material:
Lanterna;
Fita adesiva;
Cartolina preta;
Uma caixa qualquer (pode ser uma caixa de sapatos).
Procedimento:
Cortam-se dois círculos do tamanho da frente da lanterna, em cada um desses círculos será desenhada uma fenda ao centro, que permitirá a visualização de um feixe de luz. No círculo 1, a fenda terá 2 milímetros de
Conforme a posição da vela, a imagem pode não ficar muito nítida, assim, mude a posição da vela em frente à caixa até obter uma imagem mais nítida.
2 - Um projetor de feixes de luz [8]
Material: Lanterna; Fita adesiva; Cartolina preta; Uma caixa qualquer (pode ser uma caixa de sapatos).
Procedimento: Cortam-se dois círculos do tamanho da frente da lanterna, em cada um desses círculos será desenhada uma fenda ao centro, que permitirá a visualização de um feixe de luz. No círculo 1, a fenda terá 2 milímetros de largura e um comprimento que vai até no máximo 5 milímetros da borda. No círculo 2 a fenda terá de largura 1 milímetro, já o comprimento será da mesma altura do círculo 1, mas a parte de baixo será cortada até a borda. Como mostra a figura.
