Material para instrumento óptico ocular
O olho é um instrumento óptico inerente aos seres humanos. Ele permite que você leia um artigo de física 😀 ou admire o rosto de um namorado bonito ou bonita 🙂. Mas e se seus olhos não estiverem funcionando corretamente? Você certamente sabe a resposta para essa pergunta. Portanto, agradeça se ainda tem olhos saudáveis e consegue enxergar com clareza. Uma pessoa cega certamente não consegue ver e só pode imaginar o estado do mundo em que vivemos hoje.
Ter olhos saudáveis e funcionando bem é o desejo de todos. No entanto, a realidade às vezes fica aquém das expectativas. Algumas pessoas estão destinadas a sofrer de disfunções oculares, que as impedem de enxergar com clareza. Os avanços da ciência, principalmente da física, possibilitaram a criação de auxílios visuais, como óculos e lentes de contato.
Este artigo examina como o olho funciona, permitindo que os humanos enxerguem. A explicação de como o olho funciona aqui se relaciona ao tema da óptica geométrica , que inclui a refração da luz, o foco e a formação de imagens de objetos pelo olho. Uma explicação detalhada do olho e de seu funcionamento está além do escopo deste artigo. Disfunções oculares e o funcionamento de óculos e lentes de contato serão abordados em artigos subsequentes.
Partes do olho
córnea Atau membrana ocular A córnea é uma membrana rígida e translúcida que cobre a parte frontal do olho. Os raios de luz que entram no olho são refratados em maior medida pela córnea.
aluno Atau globos oculares A pupila é a parte escura do olho humano. Por ser escura, absorve quase toda a luz e reflete quase nenhuma. A pupila é a abertura por onde a luz entra no olho. Quanto maior a pupila, mais luz entra no olho e, inversamente, quanto menor a pupila, menos luz entra no olho.
íris Atau íris A íris controla o tamanho da pupila. Quando o ambiente ao redor do olho está muito iluminado, a íris contrai a pupila, e quando o ambiente está escuro, a íris dilata a pupila, permitindo que mais luz entre no olho. Se você já observou a diferença nas pupilas de um gato durante o dia e à noite, entenderá facilmente a função da íris.
O músculo ciliar tem a função de alterar a curvatura do cristalino do olho. Alterações na curvatura do cristalino afetam a distância focal. Se o olho observa um objeto a uma distância muito grande, o músculo ciliar relaxa, aumentando o raio de curvatura do cristalino e, consequentemente, a distância focal. Se o olho observa um objeto a uma distância próxima, o músculo ciliar se contrai, diminuindo o raio de curvatura do cristalino e, consequentemente, a distância focal. Portanto, indiretamente, a função do músculo ciliar é controlar a distância focal do cristalino para que o olho consiga focalizar bem a imagem do objeto. As alterações na distância focal do cristalino são chamadas de acomodação ocular.
A lente do olho é uma lente convergente, também conhecida como lente convexa ou lente positiva . Embora a maior parte da luz que entra no olho seja refratada na córnea, a lente também refrata e focaliza os raios de luz para que a imagem de um objeto se forme com precisão na retina. A imagem precisa se formar na retina para que os objetos sejam vistos com clareza. A retina converte as ondas de luz em sinais elétricos que são então transmitidos pelo nervo óptico até o cérebro.
Acomodações máximas e mínimas
Acomodação ocular A focalização é o ajuste da distância focal (f) da lente do olho à distância do objeto visto pelo olho, de modo que a imagem do objeto possa ser focada na retina. A distância focal da lente do olho é a distância entre a lente e o ponto focal da lente (F). Alterações na curvatura da lente causam mudanças no raio de curvatura da lente e, portanto, na distância focal da lente, como mostrado na figura.
Se o olho observa um objeto em ponto distanteQuando o músculo ciliar relaxa, o cristalino do olho se torna mais plano, aumentando assim o raio de curvatura e a distância focal. O ponto remoto é a distância mais distante que o olho consegue focar, sendo o ponto remoto normal o infinito. Quando o olho ajusta a distância focal do cristalino para focar em objetos distantes ou no infinito, o olho... acomodação mínima.
Por outro lado, quando o olho observa um objeto de perto, o músculo ciliar se tensiona (contrai), fazendo com que a lente do olho se torne mais curva, aumentando assim o raio de curvatura e a distância focal da lente. A distância do objeto mais próximo do olho na qual o olho ainda consegue focar é chamada de distância focal. ponto próximoO ponto próximo médio do ser humano é de 25 cm. Quando o olho foca em um objeto a um ponto próximo (25 cm), ele realiza a acomodação máxima.
Formação da sombra de um objeto
Distância de objeto muito distante
Se a distância do objeto for infinita, a lente do olho torna-se plana, de modo que a distância focal da lente aumenta, sendo que a distância focal (f) deve ser igual à distância da imagem (s'). A distância da imagem é a distância entre a lente e o ponto onde os feixes de luz refratados pelo olho se cruzam. O ponto de cruzamento dos feixes de luz coincide com a retina. Portanto, pode-se concluir que, quando o olho observa um objeto a uma distância infinita, a curvatura da lente do olho torna-se plana até que a distância focal da lente (f) seja igual à distância entre a lente do olho e a retina. Os feixes de luz devem se cruzar na retina para que a luz possa ser convertida em sinais elétricos pelas células nervosas da retina e, em seguida, transmitida ao cérebro pelo nervo óptico.
A seguir, apresenta-se uma demonstração matemática de por que, quando a distância do objeto (s) é muito grande ou se o objeto for considerado infinitamente distante, a distância focal da lente (f) deve ser igual à distância da imagem (s'). A relação entre a distância focal (f), a distância do objeto (s) e a distância da imagem (s') é expressa pela seguinte equação.
1/f = 1/s + 1/s' —– Equação 1
A ocular é uma lente convergente, portanto a distância focal (f) é positiva. A distância do objeto (s) é infinita, portanto substitua a distância do objeto (s) na equação 1 pelo símbolo do infinito.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Equação 2
A equação 2 mostra que em uma lente convergente ou lente convexa, se a distância do objeto for infinita, então a distância focal (f) é a mesma que a distância da imagem (s').
Distância de objeto muito próxima
E se o objeto estiver próximo do olho? Uma lente côncava pode formar imagens virtuais e reais. Uma imagem real é produzida por uma lente convexa quando a distância do objeto (s) é maior que a distância focal da lente (f). Isso já foi discutido no tópico anterior. imagem de lente convexa.
Foi explicado anteriormente que o objeto mais próximo que um olho normal consegue focar corretamente está a 25 cm. Portanto, a distância focal deve ser menor que 25 cm. Também não pode ser 25 cm, pois, se fosse, a imagem estaria no infinito, o que é irrazoável dado o pequeno tamanho da pupila.
Cálculo para estimar a distância focal (f) do sistema de lentes do olho:
1/f = 1/s + 1/s' —– Equação 1
O ponto próximo de um olho normal é de 25 cm, portanto a distância do objeto mais próximo (s) é de 25 cm. A distância entre a córnea e o olho é de cerca de 2,5 cm. A imagem aparece nítida se o feixe de luz incidir sobre a retina, então a distância entre a córnea e o cristalino é considerada a distância da imagem (s').
1/f = 1/s + 1/s'
1/f = 1/25 + 1/2,5 = 1/25 + 10/25 = 11/25
f = 25/11
f = 2,27 cm
A diferença entre a distância da imagem (s') e a distância focal (f) é de 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Com base nos resultados do cálculo acima, pode-se concluir que a distância focal (f) é menor que a distância da imagem (s'). O ponto focal do olho está a 0,23 cm à esquerda do ponto da imagem ou retina.
A lente do olho é convergente, então a imagem formada na retina, embora real, é invertida. Mesmo que a imagem na retina esteja invertida, os nervos do cérebro a tornam direita. Como isso pode ser explicado? 🙂
Exemplos de perguntas sobre instrumentos ópticos para os olhos
1. EBTANAS-SMP-01-15
A descrição da formação de imagens em defeitos da visão miópica é...
Discussão
A miopia, ou visão curta , é um distúrbio óptico em que o olho não consegue enxergar objetos à distância com clareza.
A causa da miopia é um sistema córnea-cristalino mais curvo (a parte horizontal do globo ocular é muito longa), o que reduz a distância focal do sistema córnea-cristalino, fazendo com que os raios de luz provenientes de um ponto distante sejam focalizados à frente da retina. Como os raios de luz não são focalizados na retina, as células nervosas da retina não conseguem converter as ondas de luz em sinais elétricos para serem transmitidos ao cérebro.
A resposta correta é B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
A formação de sombras em pessoas com miopia é mostrada na imagem correta...
Discussão
A miopia, ou visão curta , é um distúrbio óptico em que o olho não consegue enxergar objetos à distância com clareza.
A causa da miopia é um sistema córnea-cristalino mais curvo (a parte horizontal do globo ocular é muito longa), o que reduz a distância focal do sistema córnea-cristalino, fazendo com que os raios de luz provenientes de um ponto distante sejam focalizados à frente da retina. Como os raios de luz não são focalizados na retina, as células nervosas da retina não conseguem converter as ondas de luz em sinais elétricos para serem transmitidos ao cérebro.
A resposta correta é C.
