Sua vida não seria a mesma sem lentes. Se você precisa usar óculos corretivos ou não, não é possível ver uma imagem clara de nada sem algum tipo de lente para curvar os raios de luz que passam por eles em um único ponto focal.

Os cientistas dependem microscópios e telescópios para permitir que eles vejam objetos muito pequenos ou distantes, exceto ampliados até o ponto em que podem extrair dados ou observações úteis das imagens. E exatamente os mesmos princípios são usados para garantir que você tenha uma câmera que possa ajudá-lo a tirar a selfie perfeita.

Da lupa ao olho humano, todas as lentes operam com os mesmos princípios básicos. Embora existam diferenças importantes entre lentes convergentes (lentes convexas) e lentes divergentes (lentes côncavas), assim que você aprender alguns dos detalhes básicos, também notará muitas semelhanças.
Definições para conhecer

Antes de embarcar nessa jornada para entender as lentes côncavas e convexas, é importante ter uma cartilha sobre alguns dos principais conceitos da óptica. O ponto focal é o ponto no qual os raios paralelos convergem (ou seja, se encontram) após passarem pela lente e onde uma imagem nítida é formada.

A distância focal da lente é a distância do centro da lente até o ponto focal, com uma distância focal menor indicando uma lente que curva os raios de luz com mais força.

O eixo óptico de uma lente é a linha de simetria que atravessa o centro da lente, que corre horizontalmente se você imagina uma lente na vertical.

Um raio de luz é uma maneira útil de representar o caminho de um feixe de luz, usado em diagramas de raios para fornecer uma interpretação visual de como a presença de uma lente afeta o caminho. do feixe de luz.

Na prática, qualquer objeto terá raios de luz deixando-o em todas as direções, mas nem todos oferecem informações úteis quando se trata de analisar o que a lente realmente faz. Quando você desenha diagramas de raios, a escolha de alguns raios de luz é geralmente suficiente para explicar a propagação das ondas de luz e o processo de formação de imagens.
Diagramas de Raios

Os diagramas de raios e o traçado de raios permitem determinar a localização da formação da imagem com base na localização do objeto e na localização da lente.

O processo de desenhar os raios de luz e sua deflexão à medida que passam pela lente pode ser concluído usando a lei de refração de Snell, que relaciona o ângulo do raio antes de atingir a lente no ângulo do outro lado da lente, com base nos índices de refração do ar (ou outro meio através do qual o raio viaja) e o pedaço de vidro ou outro material usado para a lente.

No entanto, isso pode consumir muito tempo e existem alguns truques que podem ajudá-lo a produzir diagramas de raios mais facilmente. Em particular, lembre-se de que os raios de luz que passam pelo centro da lente não são refratados em um grau perceptível e que os raios paralelos são desviados em direção ao ponto focal.

Existem dois tipos principais de formação de imagem que podem ocorrer com lentes e que você pode usar diagramas de raios para estabelecer. A primeira delas é uma "imagem real", que se refere a um ponto no qual os raios de luz convergem para produzir uma imagem. Se você colocasse uma tela nesse local, os raios de luz criariam uma imagem em foco na tela. Uma imagem real é produzida por uma lente convergente, também conhecida como lente convexa.

Uma imagem virtual é completamente diferente e é criada por uma lente divergente. Como essas lentes desviam os raios de luz um do outro (isto é, os divergem), a “imagem” é formada na lateral da lente de onde vieram os raios de luz incidentes.

O afunilamento dos raios no lado oposto faz parecer que os raios foram produzidos por um objeto no mesmo lado da lente que os raios incidentes, como se você traçasse os raios de volta em um caminho linear até o ponto onde eles convergiriam. Porém, isso não é literalmente verdade, e se você colocasse uma tela nesse local, não haveria imagem.
A Equação de Lentes Finas

A equação de lentes finas é uma das equações mais importantes em óptica e relaciona a distância ao objeto d
_{o, a distância da imagem d
ie a distância focal da lente f
. A equação é bem simples, mas é um pouco mais difícil de usar do que algumas outras equações na física porque os termos-chave estão nos denominadores das frações, da seguinte forma:
\\ frac {1} {d_o} + \\ frac {1 } {d_i} \u003d \\ frac {1} {f}}

A convenção é que uma imagem virtual tem uma distância negativa e que imagens reais têm uma distância de imagem positiva. A distância focal das lentes também segue a mesma convenção; portanto, as distâncias focais positivas representam lentes convergentes e as distâncias focais negativas representam lentes divergentes.

As lentes convexas e côncavas são os dois principais tipos de lentes discutidos nas aulas de introdução à física , desde que você entenda como eles se comportam, poderá responder a qualquer pergunta.

É importante observar que essa equação é para uma lente "fina". Isso significa que a lente pode ser tratada como desviar o caminho de um raio de luz de apenas um local, o centro da lente.

Na prática, existe uma deflexão nos dois lados da lente. a lente - uma na interface entre o ar e o material da lente e a outra na interface entre o material da lente e o ar do outro lado - mas essa suposição torna o cálculo muito mais simples.
Lentes côncavas

Uma lente côncava também é chamada de lente divergente e é curvada para que a “tigela” da lente fique voltada para o objeto em questão. Como mencionado acima, a convenção é que lentes como esta recebem uma distância focal negativa e a imagem virtual que produzem fica do mesmo lado que o objeto original.

Para concluir o processo de rastreamento de raios de uma lente côncava , observe que qualquer raio de luz do objeto que viaja paralelo ao eixo óptico da lente será desviado, de modo que parece ter se originado próximo ao ponto focal da lente, no mesmo lado da lente que o próprio objeto.

Como mencionado acima, qualquer raio que passa pelo centro da lente continuará sem ser desviado. Por fim, qualquer raio que se desloque em direção ao ponto focal no lado oposto da lente será desviado, surgindo paralelamente ao eixo óptico.

Desenhar alguns desses raios com base em um único ponto no objeto geralmente seja suficiente para encontrar a localização da imagem produzida.
Lentes convexas

Uma lente convexa também é conhecida como lente convergente e funciona essencialmente da maneira oposta a uma lente côncava. É curvado para que a dobra externa da forma de “tigela” fique mais próxima do objeto e à distância focal seja atribuído um valor positivo.

O processo de rastreamento de raios para uma lente convergente é muito semelhante ao de uma lente. lente divergente, com algumas diferenças importantes. Como sempre, os raios de luz que passam pelo centro da lente não são desviados.

Se um raio incidente estiver viajando paralelamente ao eixo óptico, ele será desviado pelo ponto focal no lado oposto da lente. Por outro lado, qualquer raio de luz que sai do objeto e passa pelo ponto focal próximo em sua jornada em direção à lente será desviado, de modo que emerge paralelo ao eixo óptico.

Novamente, desenhando dois ou três raios para um ponto no objeto com base nesses princípios simples, você poderá encontrar a localização da imagem. Este é o ponto em que todos os raios de luz convergem no lado oposto da lente ao objeto em si.
Conceito de ampliação

A ampliação é um conceito importante em óptica e refere-se à razão da tamanho da imagem produzida por uma lente e tamanho do objeto original. É assim que você entende a ampliação como um conceito da vida cotidiana: se a imagem é duas vezes maior que o objeto, ela é ampliada por um fator de dois. Mas a definição precisa é:
M \u003d - \\ frac {i} {o}

Onde M
é a ampliação, i
refere-se ao tamanho da imagem e o
refere-se ao tamanho do objeto. Uma ampliação negativa indica uma imagem invertida, com a ampliação positiva na vertical.
Semelhanças e Diferenças

Existem semelhanças entre lentes convexas e côncavas em termos básicos, mas há mais diferenças do que semelhanças quando você as olha. com mais detalhes.

A principal semelhança é que ambos trabalham com o mesmo princípio básico, onde a diferença no índice de refração entre a lente e o meio circundante permite dobrar os raios de luz e criar um ponto focal. No entanto, as lentes divergentes sempre criam imagens virtuais, enquanto as lentes convergentes podem criar imagens reais ou virtuais.

À medida que a curvatura da lente diminui, as lentes convergentes e divergentes tornam-se cada vez mais semelhantes entre si, porque a geometria das superfícies torna-se mais semelhante também. Como os dois trabalham com o mesmo princípio, à medida que a geometria se torna mais semelhante, o efeito que eles exercem sobre um raio de luz também se torna mais semelhante.
Aplicações e exemplos

As lentes côncavas e convexas têm muitas aplicações práticas , mas o mais comum no dia-a-dia é o uso de lentes corretivas (óculos) para miopia ou miopia, ou mesmo hipermetropia ou miopia.

Em ambas as condições, o ponto focal das lentes da o olho não combina com a posição da retina sensível à luz na parte de trás do olho, estando na frente da miopia e atrás dela na hipermetropia. Os óculos para miopia são divergentes, portanto o ponto focal é movido para trás, enquanto as lentes convergentes para hipermetropia são usadas.

Lupas e microscópios funcionam da mesma maneira básica, usando lentes biconvexas (lentes com dois lados convexos) para produz uma versão ampliada das imagens. Uma lupa é o dispositivo óptico mais simples, com uma única lente que serve para produzir um tamanho de imagem maior do que você poderia obter de outra forma. Os microscópios são um pouco mais complicados (porque geralmente possuem várias lentes), mas produzem imagens ampliadas basicamente da mesma maneira.

Os telescópios refratores funcionam como microscópios e lupas, com uma lente biconvexa produzindo um ponto focal dentro do corpo do telescópio, mas a luz continua atingindo a ocular.

Como nos microscópios, elas têm outra lente na ocular para garantir que a luz captada esteja em foco quando atingir o olho. O outro tipo principal de telescópio é o telescópio refletor, que usa espelhos em vez de lentes para captar a luz e enviá-la ao seu olho. O espelho é côncavo e, portanto, focaliza a luz em uma imagem real do mesmo lado do objeto.