quinta-feira, 9 de fevereiro de 2012

Aula - O papel do índice de refração na convergência e divergência das lentes.

As lentes são dispositivos cuja função é mudar a direção dos raios luminosos que refratam em sua superfície. Como resultado os  raios tornam-se convergentes ou divergentes.

Claro que os índices de refração da lente (n2, na figura ao lado) e do meio onde a lente está inserida (n1, na figura ao lado) devem ser diferentes. Se n1 = n2 a lente não é capaz de realizar a sua função, isto é, mudar a direção dos raios luminosos.

Recorde as características da  lente convergente clicando aqui e da lente divergente aqui .

Nas condições normais de uso, o índice de refração do meio em que a lente está inserida (n1) é menor que o índice de refração da lente (n2).

Desta vez, no entanto, vamos tratar de situações especiais onde n1 é maior que n2. Quando isto ocorre verificamos uma inversão de função: As lentes convergentes tornam-se divergentes e vice-versa. Veja a seguir como isto se dá.

 Considere um feixe de raios luminosos, em vermelho nas figuras abaixo, incidindo numa direção paralela ao eixo principal de uma lente. O feixe é refratado e as refrações, como sabemos, são regidas pela Lei de Snell.  Veja este exercício  para uma revisão dos conceitos envolvidos.

Cada raio luminoso sofre refração duas vezes. A primeira ao entrar na lente e a segunda ao sair. Disto resulta uma mudança na sua direção. Vamos observar primeiro uma lente biconvexa que na situação anterior (n1 menor que n2) era convergente.



O índice de refração do meio é maior que o da lente. Neste caso, o ângulo de incidência é menor que o ângulo de refração. 

Então, ao entrar na lente, o raio luminoso se afasta da reta normal à superfície da lente no ponto de refração. Observe a figura acima e, se desejar, recorde as definições desses ângulos aqui.

Ao sair da lente o raio luminoso refrata de um meio de índice de refração maior para outro de índice menor. Logo, o ângulo de incidência é maior que o ângulo de refração e ele se aproxima da reta normal.

Como resultado das duas refrações os raios luminosos divergem. Assim, quando o índice de refração do meio é maior que o índice de refração da lente biconvexa, ela torna-se divergente. 

Vamos agora considerar a lente bicôncava que na situação anterior (n1 menor que n2) era divergente. Veja na figura abaixo.


Considere um raio luminoso incidindo sobre a lente. O raciocínio a ser seguido é exatamente igual ao anterior. O raio luminoso se afasta da reta normal à superfície na primeira refração e se aproxima na segunda. Como resultado final a lente bicôncava, que antes era divergente, torna-se convergente.

Clique aqui e assista ao vídeo da "Galera da Física" que mostra o comportamento ótico de uma lente Biconvexa quando inserida no ar e depois na água.



Imagem superior: e-física - USP

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