Definição de uma lupa
Uma lupa, ou lente de aumento simples, é uma lente convexa usada para ajudar o olho a ver objetos difíceis de enxergar diretamente, como letras muito pequenas. Uma lupa é chamada de lente de aumento simples porque tem uma capacidade limitada de ampliar a imagem de um objeto. Na próxima lição, você aprenderá sobre lentes de aumento mais complexas, como microscópios , telescópios terrestres e telescópios convencionais.
Como funciona uma lupa
Quando visto de perto, um objeto parece grande, mas quando visto de muito longe, o objeto parece pequeno. Objetos próximos parecem grandes porque o tamanho da imagem formada na retina é grande. Por outro lado, o mesmo objeto, quando visto de muito longe, parece pequeno porque o tamanho da imagem formada na retina é pequeno. Portanto, o tamanho de um objeto visto pelo olho depende do tamanho da imagem formada na retina. O tamanho da imagem formada na retina depende do ângulo formado entre o olho e o objeto, como mostrado na imagem abaixo.
Objetos que estão longe dos olhos parecem menores porque têm um ângulo menor (θ) (Figura 1.1). Por outro lado, objetos que estão perto dos olhos parecem maiores porque têm um ângulo maior (θ) (Figura 1.2). Pode-se concluir que o tamanho de um objeto visto pelo olho pode ser ampliado ou reduzido aumentando ou diminuindo o ângulo (θ). O ângulo aumenta quando os olhos se aproximam do objeto e, inversamente, diminui quando os olhos se afastam do objeto.
A discussão acima pode ser aplicada a outras situações. Se você se deparar com uma escrita tão pequena que seja difícil de ler, o que fazer para torná-la legível? Com base na discussão anterior, você pode aproximar a escrita dos seus olhos para aumentar o ângulo entre ela e o olho, tornando-a maior e mais legível. É importante perceber que o ponto próximo de um olho normal , ou seja, a distância mínima que um olho normal consegue focar, é de 25 cm. Portanto, se a distância entre a escrita e o olho for menor que 25 cm, a escrita ficará borrada. Mesmo uma escrita que pode ser lida a uma distância de 25 cm fica borrada quando aproximada a uma distância inferior a 25 cm. E quanto à escrita que não pode ser lida a uma distância inferior a 25 cm? Então, como tornar legível uma escrita com letras tão pequenas? Claro, você precisa da ajuda de um instrumento óptico que possa ampliar a escrita.
Instrumentos ópticos, tais como espelho plano, espelho côncavo dan espelho convexo Não pode ser usado para ler textos escritos porque o espelho não é transparente. Por outro lado, a lente é transparente, então pode ser usada para ler textos escritos. Na lição imagem de lente côncava, explica-se que uma lente côncava só pode reduzir a imagem de um objeto. Em contraste, no tópico imagem de lente convexa Explica-se que uma lente convexa pode ampliar a imagem de um objeto. Como ela pode ampliar a imagem, lente convexa Pode ser projetado como uma lupa.
Observe as duas imagens a seguir. Na Figura 1.3, o objeto é visto diretamente com o olho, onde parece pequeno porque o ângulo entre o olho e as duas extremidades do objeto é pequeno. Na Figura 1.4, o olho observa o objeto através de uma lupa. A lupa tem a função de formar uma imagem e ampliá-la, de modo que o que o olho vê é a imagem. A imagem do objeto observada pelo olho através da lupa parece maior porque o ângulo formado entre o olho e as duas extremidades da imagem é maior.
Para que o olho do observador veja a imagem através da lente de aumento, a imagem deve ser virtual (a imagem deve estar em frente à lente de aumento ou do mesmo lado que o objeto, como na figura 1.4). No tópico de imagens em lentes convexas, foi explicado que, para que a imagem seja virtual, a distância do objeto (s) deve ser menor ou igual à distância focal (f).
Legenda:
s = distância do objeto
s' = distância da imagem
h = altura do objeto
h' = altura da sombra
F = ponto focal da lente de aumento
θ = o ângulo entre a lente e ambas as extremidades do objeto. Na Figura 1.3, a lente em questão é a ocular, enquanto na Figura 1.4, a lente em questão é uma lente convexa usada como lupa.
Na Figura 1.3 (vista lateral), o objeto está à esquerda, enquanto o olho do observador está à direita. Na Figura 1.4 (vista lateral), o objeto e sua imagem, produzida pela lente convexa, estão à esquerda, enquanto o olho do observador está à direita.
Como usar uma lupa
Quando a distância do objeto (s) é igual à distância focal (f), a imagem é virtual e a distância da imagem (s') é infinita. O infinito é a distância máxima da imagem virtual porque ponto distante A distância de um olho normal é infinita. Por outro lado, a distância mínima da imagem virtual é de 25 cm porque ponto próximo A distância interpupilar normal é de 25 cm.
Quando o olho observa uma imagem virtual no infinito (o ponto remoto), ele está em acomodação mínima, ou seja, os músculos ciliares estão totalmente relaxados. Para que isso aconteça, a distância entre o objeto e a lente de aumento deve ser igual à distância focal da lente. Se a distância focal da lente de aumento for de 25 cm, então a distância entre o objeto e a lente de aumento também será de 25 cm.
Por outro lado, quando o olho vê uma imagem virtual a uma distância de 25 cm (ponto próximo), o olho acomoda ao máximo ou músculo ciliar do olho Na condição de maior tensão. Se a distância focal da lupa for de 25 cm, então o olho vê uma imagem virtual a uma distância de 25 cm quando a distância do objeto for a mesma que o resultado do cálculo abaixo.
Fórmula para lentes curvas e espelhos:
1/s = 1/f – 1/s'
Descrição: s = distância do objeto, f = distância focal, s' = distância da imagem = ponto próximo = 25 cm
Uma lupa é uma lente convexa, portanto a distância focal é positiva. A imagem é virtual, logo s' é negativo.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/25 + 1/25 = 2/25
s = 25/2 = 12,5 cm
Se a distância focal da lupa for de 25 cm, o olho verá uma imagem virtual a uma distância de 25 cm quando a distância do objeto for de 12,5 cm. A distância entre o objeto e a lupa não deve ser menor que 12,5 cm, pois a imagem produzida pela lupa não será vista com nitidez pelo olho.
E se a distância focal da lupa for de 50 cm? Se a distância focal da lupa for de 50 cm, o olho verá uma imagem virtual a uma distância de 25 cm quando a distância do objeto for a mesma, conforme o resultado do cálculo abaixo.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/50 + 1/25 = 1/50 + 2/50 = 3/50
s = 50/3 = 16,67 cm
Se a distância focal da lupa for de 50 cm, o olho verá uma imagem virtual a uma distância de 25 cm quando a distância do objeto for de 16,7 cm. A distância entre o objeto e a lupa não deve ser menor que 16,7 cm, pois a imagem produzida pela lupa não será vista com nitidez pelo olho.
Ampliação do ângulo da lupa
O tamanho da imagem de um objeto visto através de uma lupa é maior quando observado por um olho com acomodação mínima ou por um olho com acomodação máxima? Qual é melhor usar como lupa, uma lente convexa com grande distância focal ou uma lente convexa com pequena distância focal? Essas perguntas podem ser respondidas depois que você aprender a fórmula para uma lupa.
