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

Aula - Classificação das lentes delgadas quanto a forma.

No ensino médio nos limitamos ao estudo das lentes esféricas delgadas. Elas são chamadas delgadas quando a sua espessura é desprezível em relação ao seu raio de curvatura.

Estas lentes podem ser classificadas quanto ao seu comportamento ótico, isto é, quanto a sua função. Neste caso elas podem ser Lentes Convergentes ou Lentes Divergentes.

Podemos também classifica-las quanto à forma de suas superfícies de refração. Para as lentes esféricas as superfícies podem ser planas, convexas ou côncavas. Das combinações possíveis desses três tipos podemos ter os tipos de lentes descritos abaixo. 

Para verificar se as lentes apresentadas acima são Convergentes ou Divergentes podemos utilizar o seguinte critério:

Se desejar, clique aqui e faça um exercício sobre como classificar as lentes esféricas.

Site interessante - As particulas fundamentais.

Uma maneira de compreender a enorme diversidade do Universo é considerar todas as coisas existentes como construídas por umas poucas partículas fundamentais. Esta é uma ideia vinda dos Gregos.

Entendemos o termo "partículas fundamentais" como partículas que não têm estrutura interna, isto é, não são construídas por outras partículas. Elas  portanto não podem ser divididas em partes menores. Demócrito (Grécia,460-370 AC) as chamou de átomos.

A ideia dos átomos ou partículas fundamentais renasce durante a Revolução Científica ocorrida na Europa a partir do século XVII. É interessante notar que a existência dos átomos foi definitivamente estabelecida somente no início do século XX, com o trabalho de Einstein.

No entanto, rapidamente se verificou que os átomos tinham uma estrutura interna e que, portanto, não eram as tais partículas fundamentais da matéria.

As evidências mostram que os elétrons são partículas fundamentais. Por outro lado, sabemos agora que o núcleo do átomo possui uma estrutura interna. Logo...ele não é uma partícula fundamental.

O átomo

Os núcleos são formados por dois tipos de partículas: Os prótons e os nêutrons. Como não poderia deixar de ser, cabe mais uma vez a pergunta: Eles têm estrutura interna, isto é, os prótons e os nêutrons são partículas fundamentais?

Na verdade, eles têm estrutura interna. São constituídos pela união de três outras partículas....os quarks. Mas neste ponto atingimos a fronteira pedagógica do Ensino Médio.

Na esmagadora maioria das escolas estuda-se somente a Física Clássica. Isto quer dizer que eliminamos do currículo os desenvolvimentos da Física no século XX e XXI, ou seja, eliminamos a Mecânica Quântica e a Relatividade.

Com estas limitações devemos considerar que as partículas fundamentais são os elétrons, os prótons e os nêutrons. Eles formam toda a matéria conhecida.

Claro a Física foi muito além. Atualmente, para estudar as partículas fundamentais e entender como a matéria é construída usamos uma teoria chamada  Modelo Padrão. Neste modelo existem muitas outras partículas além dos elétrons, prótons e nêutrons. Elas são tantas que formam um verdadeiro zoológico de partículas.

Convidamos você para uma visita a esse novo mundo regido pela Mecânica Quântica. Para estudar o modelo padrão visite o site A aventura das Partículas.

Para navegar pelo site "A aventura das Partículas".

Se desejar visite o site na versão inglesa,  aqui. Nele você vai encontrar novos conteúdos. Para isto acesse o "Additional Features" na parte inferior da página de entrada do site.

Assim, mãos à obra. Acesse o site A aventura das Partículas. e bom estudo!

Produção: Partícula Data Group e Lawrence Berkeley National Laboratory

Produção (versão em Português): PRONEX -  Programa de apoio a núcleos de excelência (Parceria CNPq / FAPERJ).

Imagens: The Particle Adventure.