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By Lucien Silvano Alhanati

  Física

Luz LUZ

Instrumentos de Ótica LUZ06

Instrumentos de observação LUZ0603

O que é a lupa? LUZ060301

É um instrumento de observação constituído por uma ocular.
A lupa é formada por uma lente ou um conjunto de lentes convergente.

 Como funciona a lupa? LUZ060302

A lupa deve formar uma imagem virtual e direita do objeto.
Sendo a lupa uma lente convergente o objeto deve estar entre o foco objeto e a lente.

 O que é a lupa focada para infinito? LUZ060203

A lupa está focada para infinito quando o objeto está situado no foco objeto da lente e a imagem está no infinito, correspondendo às melhores condições de observação.

 Qual é o valor do aumento da lupa? LUZ060204

O aumento da lupa é definido para a condição de estar focada para infinito.

Sendo o aumento A = a' / a  onde a' = y / f  e a = y / D  
Sendo D a distância mínima de visão distinta normal 25 cm.
Conclusão:

A = D / f

Exemplo:
Cálculo do aumento de uma lupa de distância focal de 2,5 cm
A = 25 / 2,5 >>> A = 10x

O que é o microscópio? LUZ060205

É um instrumento de observação constituído por uma ocular e uma objetiva.
A ocular é uma lente ou um conjunto de lentes convergente.
A objetiva é uma lente ou um conjunto de lentes convergente de pequena distância focal.

A função do microscópio é formar de um objeto real muito próximo uma imagem final virtual com grande aumento.

 Como funciona o microscópio? LUZ060306

A objetiva deve formar uma imagem real e invertida do objeto.
A ocular tendo como objeto a imagem formada pela objetiva deve formar uma imagem virtual e direita.

É importante observar que a imagem final é virtual e invertida em relação ao objeto do microscópio.

O que é o microscópio focado para infinito? LUZ060307

O microscópio está focado para infinito quando a imagem formada pela objetiva, que é o objeto da ocular está situada no foco objeto da ocular.
Nestas condições a imagem final é formada no infinito, correspondendo às melhores condições de observação.

Porque a distância focal da objetiva do microscópio deve ser muito pequena? LUZ060308

Nas condições normais de utilização de um microscópio a distância D do objeto a ser observado ao microscópio é pequena.
Para a objetiva formar deste objeto uma imagem real é necessário que a distância D seja maior que a distância focal f1 da lente.
Se f1 < D e D é pequena então f1 é muito pequena.

 Qual é o valor do aumento do microscópio? LUZ060309

O aumento do microscópio é calculado para as condições mais confortáveis de observação, isto é, quando ele está focado para infinito.

O aumento dos instrumentos de observação é a razão entre o diâmetro aparente da imagem e o diâmetro aparente do objeto.

Aumento >>> A = a' / a

O diâmetro aparente da imagem a' é calculado quando a imagem esta no infinito.
a' = y' / f2
, onde y' é o tamanho da imagem formada pela objetiva e f 2 é a distância focal da ocular

O diâmetro aparente do objeto é calculado quando o objeto é observado a olho nu na distância mínima de visão distinta normal.
a = y / D, onde y é o tamanho do objeto e D é a distância mínima de visão distinta normal.
A relação entre y' e y é calculada pela ampliação da objetiva como já foi vista nas consultas sobre as lentes.

O que é uma luneta astronômica? LUZ060310

É um instrumento de observação constituído por uma ocular e uma objetiva.
A ocular é uma lente ou um conjunto de lentes convergente.
A objetiva é uma lente ou um conjunto de lentes convergente..

A função da luneta astronômica é formar de um objeto real muito distante uma imagem final virtual com grande aumento.

Como funciona a luneta astronômica focada para infinito? LUZ060311

O objeto da luneta astronômica está a uma grande distância (infinito). A sua imagem formada pela objetiva está situada sobre o foco imagem F'1 .Esta imagem é o objeto da ocular. Para que a sua imagem se forme no infinito é necessário que o foco objeto F2 da ocular esteja sobre ela.

A figura nos mostra que:

  • a imagem final é invertida em relação ao objeto observado
  • a distância entre a objetiva e a ocular é a soma de suas distâncias focais.

Qual é o valor do aumento de uma luneta astronômica focada para infinito? LUZ060312

O aumento é a razão entre o diâmetro aparente da imagem e do objeto,

Aumento A = a'/ a >>> A = (y' / f2) / (y' / f1)

A = f1 / f2 

O que é uma luneta terrestre? LUZ060313

A luneta é dita terrestre quando a imagem final é direita em relação ao objeto que está sendo observado.

A luneta terrestre pode ser:

  •  uma luneta astronômica com um sistema ótico inversor da imagem 
  • uma luneta de Galileu.

A luneta da figura é uma luneta terrestre focada para infinito com um inversor de imagem constituído por uma lente convergente.
A imagem da objetiva é formada a uma distância da lente inversora igual ao dobro de sua distância focal. A lente inversora produz uma imagem real do mesmo tamanho, invertida e a uma distância igual.
A imagem da lente inversora é formada sobre o foco objeto da ocular que produz uma imagem final no infinito.

A figura nos mostra que:

  • a imagem final é direita em relação ao objeto observado

  • a distância entre a objetiva e a ocular é a soma de suas distâncias focais mais 4 vezes a distância focal da lente inversora.

A luneta terrestre pode fazer a inversão da imagem usando um conjunto de 2 prismas de reflexão total mostrado na figura.
O prisma produz uma rotação de 180o da imagem em torno de um eixo paralelo a aresta do prisma.
Para fazer um inversão completa da imagem é necessário um conjunto de dois prismas com arestas ortogonais.
Exemplificando: 

  • um primeiro prisma de aresta horizontal gira a imagem de cima para baixo

  • um segundo prisma de aresta vertical gira a imagem da esquerda para a direita completando a inversão.

Qual é o valor do aumento de uma luneta terrestre focada para infinito? LUZ060314

O aumento da luneta terrestre com inversores de lente ou prismas é o mesmo da luneta astronômica, uma vez que os sistemas inversores não alteram o tamanho da imagem

A = f1 / f2 

Qual é a influência do diâmetro das objetivas das lunetas na qualidade da imagem? LUZ060315

O diâmetro da objetiva está ligado à luminosidade da imagem. Como as lunetas normalmente produzem grandes aumentos a luz que penetra pela objetiva é distribuída na grande área da imagem o que acarreta uma imagem com menos luminosidade.
Para que a  imagem seja de boa luminosidade é necessário que penetre mais luz na luneta, o que ocorre quando aumentamos o diâmetro da objetiva. Podemos afirmar que quanto maior o diâmetro da objetiva melhor é a luminosidade da imagem.

Nas lunetas comumente lemos uma inscrição como 10x40. 
O primeiro número indica o aumento e o segundo o diâmetro da objetiva em milímetros.
A luneta do exemplo tem um aumento de 10 vezes e uma objetiva de 40mm.

O que é a luneta de Galileu? LUZ060316

A luneta de Galileu é uma luneta terrestre com uma objetiva de lente convergente e uma ocular de lente divergente, capaz de formar de uma objeto real a uma grande distância uma imagem virtual final direita em relação ao objeto observado.

 Como funciona a luneta de Galileu focada para infinito? LUZ060317

O objeto da luneta de Galileu está a uma grande distância (infinito). A sua imagem formada pela objetiva está situada sobre o foco imagem F'1 .Esta imagem é o objeto da ocular. Para que a sua imagem se forme no infinito e seja invertida é necessário que o foco objeto F2 da ocular esteja sobre esta imagem.

A figura nos mostra que:

  • a imagem final é direita em relação ao objeto observado
  • a  distância entre a objetiva e a ocular é a diferença entre distâncias focais em valor absoluto.

Qual é o valor do aumento de uma luneta de Galileu? LUZ060318

A figura nos mostra uma luneta de Galileu focada para infinito.

O aumento é a razão entre o diâmetro aparente da imagem a' e o diâmetro aparente do objeto a.

A = a' / a >>> A = f1 / f2 

O que é o telescópio? LUZ060319

O telescópio é um instrumento de observação equivalente à luneta astronômica onde a objetiva de lente foi substituída por um espelho côncavo.

A figura nos mostra de uma forma esquemática o trajeto de um raio luminoso.

Outro exemplo é o telescópio Hubble, em órbita desde 1990 a 600 km da Terra, que se baseia nestas propriedades de reflexão. O seu espelho objetiva é parabólico e tem 2,4 m de diâmetro.
As imagens fornecidas pelo Hubble, situado fora da atmosfera, são muito mais claras e rigorosas, pois os raios de luz não são absorvidos nem distorcidos pela atmosfera. Veja mais em LUZ030309

Quais são as vantagens do telescópio em comparação com as lunetas? LUZ060320

Quando buscamos construir lunetas astronômicas de grande aumento é necessário que a objetiva seja de grande diâmetro para que a luminosidade da imagem não fique comprometida.
Lentes de grande diâmetro obrigam ao uso de raios luminosos fora da Aproximação de Gauss, acarretando distorções na imagem que são denominadas de aberrações.
A refração da luz nas lentes de grande diâmetro e obrigatoriamente de espessura não desprezível, incrementa a dispersão da luz produzindo distorções de cores na imagem, chamadas de aberrações cromáticas.
Lentes de grande diâmetro e conseqüentemente de espessura acentuada são de fabricação difícil e muito caras.

Os telescópios a objetiva de espelho é de fabricação menos custosa, não produz aberrações cromáticas uma vez que não havendo refração não há dispersão da luz.
Usando espelhos parabólicos no lugar de esféricos evitamos as aberrações devido ao uso de raios fora da Aproximação de Gauss.

A tabela a seguir resume a comparação entre a luneta astronômica e o telescópio.

  objetiva de lente da 
luneta astronômica
objetiva de espelho do
telescópio
aberrações de forma da imagem acentuada muito pequenas
aberrações de cor da imagem acentuada inexistente
custo elevado baixo

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