Lentes Esféricas e características

O que são lentes esféricas? Como são classificadas as lentes esféricas? O que são lentes convergentes? E divergentes? Uma lente divergente é sempre divergente? O que o índice de refração tem a ver com o comportamento óptico de uma lente? O que é vergência de uma lente esférica?

Nesta aula de Física para o Enem você vai estudar as principais características das lentes esféricas e suas aplicações. Vai aprender a diferenciar quando uma lente é convergente e divergente e como são os raios notáveis para elas. Vem com a gente revisar óptica para mandar bem no Enem!

As lentes esféricas, dentro da física óptica, é o assunto que mais se destaca nas provas do Enem e dos vestibulares. Isso porque existem muitas aplicações dessas lentes em nosso dia a dia, como as câmeras fotográficas, as lentes de óculos, os telescópios etc.

Mas o que são lentes esféricas?

Lentes esféricas são dispositivos ópticos que refratam a luz e possuem ao menos uma superfície curva. Na figura abaixo, você pode observar alguns exemplos de lentes esféricas.

diferentes lentes esféricas
Imagem 1: Fotografia de sete diferentes lentes esféricas.

As lentes esféricas são usadas na fabricação de óculos, microscópios, lunetas, e vários outros equipamentos. Dependendo do uso, elas podem ser feitas de vidro, acrílico, cristal ou mesmo de material orgânico.

Lentes de bordas grossas e lentes de bordas finas

De acordo com a espessura da borda ou bordo, as lentes podem ser classificadas em: lentes de bordas grossas ou lentes de bordas finas.

As lentes de bordas finas podem ser: plano-convexa, biconvexa e côncavo-convexa. Já as lentes de bordas grossas podem ser: plano-côncava, bicôncava e convexo-côncava.

lentes esféricas bordas grossas
Figura 2: Fotografia mostrando duas lentes de acrílico. A primeira com bordas grossas e a segunda com bordas finas.

Veja a classificação na figura abaixo:

exemplos de lentes esféricas
Figura 3: Desenho esquemático contendo os diferentes tipos de lentes de bordas finas e grossas citadas acima. Note que as lentes da figura estão sendo representadas de perfil (de lado), para podermos visualizar seu formato.
Lentes convergentes ou divergentes

Quanto ao comportamento de um feixe de luz ao ser incidido sobre uma lente, podemos caracterizá-la em lente convergente ou divergente.

A lente é convergente quando faz convergir em um único ponto os raios de luz paralelos que incidem sobre ela. E será divergente quando os raios ao emergir (saírem) dela divergem, afastando-se uns dos outros.

Para compreendermos melhor, vamos considerar duas lentes esféricas, uma convergente e outra divergente. Ambas estão colocadas no meio ar para que você observe a convergência e divergência.

lentes esféricas borda fina
Figura 4: Lente esférica de borda fina plano-convexa. Vemos um raio luminoso chegando à lente pelo lado esquerdo. Ao passar pela lente, o raio luminoso é desviado, sendo direcionado para o centro da imagem.

 

lentes esféricas bordas espessas
Figura 4: Lente esférica de bordas espessas plano-côncava. Vemos um raio luminoso chegando à lente pelo lado esquerdo. Ao passar pela lente, o raio luminoso é desviado, sendo direcionado para fora da imagem.

É importante observar que se as lentes esféricas forem colocadas em um meio cujo índice de refração seja maior que o do vidro, a lente de bordas delgadas passará a se comportar como uma lente divergente. Já a lente de bordas espessas atuará como convergente. Isso ocorre devido à propriedade que a luz, quando penetra num meio mais denso ou com índice de refração maior, ela se aproxima da linha normal.

Logo abaixo você verá a representação esquemática utilizada de lentes divergentes e convergentes e seus elementos.

Lentes convergentes:

lentes convergentes
Figura 5: As lentes convergentes são representadas por uma linha com setas nas pontas.

 

Sendo:

A e A’ → anti principal

F e F’ → foco

O → Centro óptico

Lentes divergentes:

lentes divergentes
Figura 6:  As lentes divergentes são representadas por uma linha com setas “ao contrário” nas pontas.

Sendo:

A e A’ → anti principal

F e F’ → foco

O → Centro óptico

Raios notáveis em lentes convergentes:

raios notaveis lentes esféricas
Figura 7: Representação dos raios notáveis de uma lente convergente. Os raios estão descritos a seguir.

É importante você observar que:

  • Um raio entra paralelo ao eixo principal e sai passando pelo foco;
  • Outro raio entra passando pelo anti principal e sai passando por ele mesmo só que do outro lado da lente;
  • Outro raio entra passando pelo foco e sai paralelo ao eixo principal e;
  • Outro raio entra passando pelo centro optico e sai continuando sua trajetória.

Raios notáveis em lentes divergentes:

raios notáveis lentes esféricas
Figura 8: Representação dos raios notáveis de uma lente divergente. Os raios estão descritos a seguir.

 

Vamos ver um exercício de aplicação.

1) Uma lente plano convexa divide um cilindro em duas regiões, A e B. Quando existe Ar em A e em B, raios que incidem na lente paralelos ao eixo do cilindro ao emergir, convergem para um ponto X. Sendo a lente de vidro, cujo índice de refração é 1,5, explique o que ocorre com o ponte de convergência nos casos:

a) Colocando água em A e;

b) Colocando água em B.

Resolução:

a) Colocando água em A, não se verifica modificação do ponto de convergência, pois a incidência da luz sobre a face é perpendicular, não havendo desvio, qualquer que seja o meio A.

b) Colocando água em B, a luz afasta-se menos da normal do que quando havia ar, porque a água é mais refringente do que o ar.

Distância focal e vergência

Uma informação fundamental na característica de uma lente é sua distância focal (f), definida como a distância entre o centro da lente (centro óptico) e o foco principal.

Existe uma conversão de sinais para distâncias focais das lentes. Se a lente for convergente, o foco é positivo e se for divergente, o foco é negativo.

Dessa forma, se o foco principal de uma lente divergente está a 10 cm do centro, a distância focal será f = -10 cm para essa lente, entendeu?!

Outra grandeza importante para caracterizar o comportamento de uma lente é sua vergência (V), definida como:

Nessa expressão,  é a distancia focal da lente, em metro, e V é a vergência da lente em m-1 ou di (dioptria).

Vamos ver um exercício a respeito:

  • Determine a vergência de uma lente com distancia focal de 25 cm.

Resolução:

Continue estudando com a aula de Lentes Esféricas abaixo:

Questões

Questão 01 – (Faculdade Guanambi BA/2017)    

Uma pessoa com visão normal tem capacidade de acomodação visual de objetos situados à distância mínima de 25,0cm até o infinito.

Sabendo-se que a amplitude de acomodação visual é a variação da vergência do cristalino de um olho, funcionando como lente, ao deslocar um objeto do seu ponto mais próximo até o seu ponto remoto, é correto afirmar que a amplitude de acomodação visual para uma pessoa que tem o ponto próximo à distância de 50,0cm e ponto remoto normal, é igual, em di, a

  1. 3,5
  2. 3,0
  3. 2,0
  4. 1,5
  5. 1,0

Gab: 3

Questão 02 – (IFPE/2012)    

Analisando os três raios notáveis de lentes esféricas convergentes, dispostas pela figura abaixo, podemos afirmar que:

a) Apenas um raio está correto.

b) Apenas dois raios são corretos.

c) Os três raios são corretos.

d) Os raios notáveis dependem da posição do objeto, em relação ao eixo principal.

e) Os raios notáveis dependem da posição da lente, em relação ao eixo principal.

Gab: C

Questão 03 – (IFGO/2015)    

As lentes delgadas são muito utilizadas no nosso cotidiano em faróis, lentes de óculos, lupas, binóculos, microscópios e no nosso próprio olho. Elas são classificadas, em relação ao seu comportamento óptico, essencialmente em convergentes e divergentes. Sobre tal comportamento e utilização dessas lentes, é correto afirmar que

a) as lentes delgadas utilizadas nas lupas são chamadas de divergentes.

b) uma pessoa com miopia pode utilizar-se corretamente de uma lente convergente para corrigir sua deficiência visual.

c) os hipermetropes ou hiperopes têm dificuldade de enxergar com nitidez objetos distantes dos seus olhos.

d) as lentes de bordas finas, independentemente do meio onde se encontram, sempre se comportam como lentes convergentes.

e) as lentes divergentes sempre conjugam imagens virtuais, direitas e menores de um objeto real.

Gab: E

Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.