Brincando com uma lupa

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Há uma série de experiências fáceis de fazer com uma lupa. Uma delas, conhecida da maioria de nós, é acender um papel com a luz do sol. Apontamos a lupa ao sol e encontramos uma distancia determinada na qual toda a luz do sol que passa pela lupa fica concentrada num ponto (nunca é um ponto, mas acaba por ser uma mancha muito pequena): ao fim de uns segundos o papel começa a fumegar e, com certo jeito, pode ser utilizada esta técnica para acender uma fogueira num acampamento onde não há fósforos. O sol está a uma distância suficiente para considerar os raios de luz provenientes dele como paralelos. Esta experiência prova que todos os raios de luz que chegam paralelos, perpendicularmente ao plano da lupa, acabam por se juntar num ponto, a uma certa distância do outro lado da lupa. Acabamos de conhecer dois conceitos utilizados em óptica: o eixo óptico e o ponto focal. O eixo óptico é uma linha imaginária, perpendicular ao plano da lente e que passa pelo seu centro. O ponto focal ou foco é o ponto onde os raios se concentram. O plano perpendicular ao eixo óptico e que passa pelo foco é o plano focal. A distância entre o plano da lente e o plano focal é a distância focal.

Se seguramos uma lupa normal a uma distancia de meio metro dos olhos e apontamos para uma paisagem distante, veremos uma miniatura dessa paisagem, virada de pernas para o ar.  Se colocamos a lupa perto de uma lâmpada, podemos projectar na parede uma imagem dessa lâmpada invertida e aumentada. É o que se denomina uma imagem real, porque pode ser recolhida nu écran ou numa película fotográfica. Este é o caso esquematizado na figura da direita. Para entender o esquema observamos o seguinte: vimos que os raios de luz paralelos ao eixo óptico que passam pela lente vão passar pelo ponto focal. Os raios que passam pelo centro da lente não sofrem qualquer desvio. Assim, conhecendo as distâncias focais, podemos fazer um simples desenho com uma régua. Onde os raios se cortam é o plano onde aparece a imagem (é claro que isto é uma simplificação que supõe que a espessura da lente é nula e ignora outros fenómenos ópticos, como a difracção, mas é suficiente para já).

Se a lupa está apontada a um objecto próximo, vemos a imagem desse objecto, aumentado e direito. Isto acontece (ver figura da esquerda) quando o objecto está a uma distância da lente inferior à distância focal. Os raios de liz não convergem do lado direito da lente mas, pelo contrário, divergem, pelo que não se pode formar imagem em écran. Um observador colocado do lado direito da lente, porém, vai ver como se a imagem estivesse do outro lado da lente, maior e mais longe do que o objecto original. Esta é a chamada imagem virtual.

Este último exemplo é a forma mais simples do microscópio: o microscópio óptico simples - a lupa.

Com um instrumento deste tipo, Anton van Loeweenhoeck descobriu protozoários, espermatozoides e outros microorganismos.

Mas o microscópio óptico composto é uma combinação destes dois princípios: o da formação de imagem real e oda formação da imagem virtual. Vamos ver como isto pode ser feito.

A imagem da direita mostra a estrutura óptica básica do microscópio óptico composto:

  1. Um sistema de lentes (objectiva) cria uma imagem real aumentada e invertida, na figura representada em cores mais escuras.

  2. Um segundo sistema de lentes (ocular) aumenta esta imagem e permite a sua observação visual.

Como é fácil de entender, a ampliação total da imagem observada é o produto da ampliação da objectiva pela ampliação da ocular. Por exemplo, uma objectiva de 40 vezes e uma ocular de 10 vezes vão dar uma ampliação final de 40 × 10 = 400.

Podemos, realmente, fazer um microscópio segurando duas lupas alinhadas, mas, além da dificuldade em manter as lentes correctamente alinhadas, verificaremos que a imagem é péssima. Vamos ver algumas razões no próximo capítulo: A óptica na prática.

Para ver algumas experiências de óptica, podem ser visitados estes sites:

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