Faculdade de Tecnologia de Bauru Sistemas Biomédicos

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1 Faculdade de Tecnologia de Bauru Sistemas Biomédicos Óptica Técnica Aula 6 Instrumentos Ópticos Proª. Me Wangner Barbosa da Costa

2 Instrumentos óticos Olho Lupa Telescópio e luneta Microscópio composto 2

3 Olho 3

4 A orma do olho humano é quase esérica, com diâmetro aproximado de 25mm. A parte rontal é ligeiramente mais encurvada, recoberta por uma membrana dura e transparente, a córnea. A região atrás da córnea contém um líquido, chamado de humor aquoso e a seguir vem o cristalino, uma lente em orma de cápsula com uma gelatina ibrosa dura no centro e progressivamente mais macia à medida que se aproxima da sua perieria. A íris, é um diaragma que controla a entrada de luz. Atrás dessa lente, o olho está cheio de um líquido gelatinoso, chamado de humor vítreo. Os índices de reração do humor vítreo, e do humor aquoso são aproximadamente iguais a,336, valor quase igual ao índice de reração da água. O cristalino apesar de não ser homogêneo, possui um índice de reração de,437. Esse valor não é muito dierente do índice de reração do humor vítreo e do humor aquoso; a maior parte da reração ocorre na superície externa da córnea. 4

5 O olho e máquina otográica Abertura da íris- varia de /2 a /8- para controlar a intensidade de luz. Distância ocal ajustável para que a imagem se orme sobre a retina 5

6 Acomodação 2,5 cm Distância objeto Distância Focal 0,25m,59 cm m,67 cm 3 m,69 cm 00 m,70 cm,70 cm Ponto Próximo - 25cm Menor distância para a qual é possível obter uma imagem nítida na retina. 6

7 Problemas de acomodação e correção Miopia Hipermetropia 7

8 Problemas de acomodação e correção Córnea ou cristalino, não são eséricos (como a superície de um câmara de pneu) Correção: lentes cilíndricas 8

9 Exemplo Uma pessoa com hipermetropia tem seu ponto próximo a 75cm. Utilizando óculos de leitura, a distância do ponto próximo do sistema lente-olhos é deslocado para 25cm. Isto é, se um objeto é colocado a 25cm das lentes, uma imagem virtual é ormada a uma distância de 75cm na rente das lentes. a) Qual a potência das lentes dos óculos (potência da lente =/)?. b) Qual a ampliação lateral da imagem ormada pelas lentes? 9

10 Solução Objeto virtual a 75cm (é o que olho vê no inal) p p' 25cm ( 75cm ) Livro real (objeto) 3 75cm 2,67 m 2 0, 75m - 2,67 diptrias Imagem virtual do livro 37, 5cm >0, Lente convergente, 25cm M p' p ( 75cm) 25cm 3 75cm 0

11 Exemplo 2 O ponto próximo de uma pessoa com hipermetropia está a 00cm em rente ao olho. (a) Para ver com nitidez um objeto situado a uma distância de 25cm do olho, qual é potencia da lente corretora? (b) Se a lente corretora tiver uma ace plana e or eita de um vidro com índice de reração igual,5, qual deve ser o raio de curvatura da superície curva da lente?

12 A lente deve ormar uma imagem virtual a 00cm do olho quando o objeto or colocado a uma distância conortável, no ponto próximo, igual a 25cm do olho. Assim temos: p=25cm e p =-00cm (virtual) P p cm 00cm p' 25cm ( 00cm ) 3,3 m - 33cm 3,3 dioptrias >0 lente convergente! 0,5 3,3 R R ( n )( ) R 2 R = 2 0,5m R 2 R 2 2 n A =,0 n B =,5 0,5 3,3m 2

13 Exemplo 3- miopia Uma pessoa não pode perceber com clareza objetos além de de 50cm. a) Qual seria a distância ocal da lente receitada para corrigir esse problema de acomodação? b) Qual a potência dessa lente? c) supondo que essa lente seja abricada com uma ace plana e de um vidro com índice de reração igual a,5, qual será o raio de curvatura da outra superície 3

14 Solução O objetivo da lente corretora é deslocar objetos do ininito até um ponto em que possam ser ocalizados pelo olho; para uma distância de 50 cm do olho. Essa será uma imagem virtual para o olho, pois ainda estará a rente da lente corretora (isto é do lado oposto aos raios emergentes). Assim: p=, p =-50cm. R 2 p p' 50cm 50cm R = Potência da Lente: P=/ ( em metros) =0,5m, P=-2 dioptrias A lente corretora deve ser divergente! 0,5 0,5m R R ( n )( ) R 2 25cm 2 2 R 2 0,5x0,5m 0,25m 4

15 Lupa 5

16 Lupa imagem objeto p p 6

17 Lupa Para pequenos ângulos M h 25 ' ' h s h / s h / s s Quanto maior o valor de s, maior o aumento, e isso acontece quando s. Se o objeto é colocado aproximadamente no ponto ocal da lupa s Ponto próximo=25cm M = aumento angular M 25cm Obs.: com o valor de em centímetros 7

18 Lupa aumento Distância ocal da lupa (cm) 2x 2,5 4x 6,25 5x 5,0 Oculares 0x 2,5 20x,25 8

19 Exemplo Você dispõe de duas lentes de plástico, uma bicôncava, e outra biconvexa, ambas com distância ocal com valor absoluto igual a 0,0cm. (a) qual das duas lentes pode ser usada como lupa? (b) Qual a ampliação angular? Para atuar com uma lupa, precisamos de uma lente convergente. Portanto, somente a lente biconvexa poderá ser utilizada como lupa. biconvexa bicôncava M 25cm 25cm 0cm 2, 5 =+0cm =-0cm A ampliação angular será de 2,5x. 9

20 Lunetas e telescópios Reletores: a objetiva é um espelho esérico ( ou parabólico) Vantagens Não há aberração cromática Mais luminosidade Rerator: usa lentes para ormar imagens Incovenientes aberração cromática ( varia com comprimento de onda) Pouca luminosidade 20

21 Telescópio de Newton(reletor) 2

22 Telescópio reletor - amador Tripé com boa estabilidade Oculares Luneta de pequeno aumento para a visada Montagem equatorialrotação para acompanhar a rotação dos astros 22

23 Telescópio reletor 23

24 Telescópios de grandes aberturas - pesquisa Organização Localização Altitude Clima: Website European Southern Observatory Cerro Paranal, Atacama desert, Chile m >340 clear nights/year Telescópios R=29m, =3m Antu (UT): Kueyen (UT2): Melipal (UT3): Yepun (UT4): 8,2 m reletor (diâmetro) 8,2 m reletor (diâmetro) 8,2 m reletor (diâmetro) 8,2 m reletor (diâmetro) 24

25 Telescópio Espacial Huble Organizações Comprimento de onda Localização Tipo de órbita Altura da órbita: Período orbital Velocidade orbital Aceleração devido à gravidade: NASA/ESA Visível, ultravioleta e inravermelho Orbita baixa da Terra Elíptica 589 km min m/s, 8,69 m/s 2 Lançamento 24 de abril de 990 Saída da órbita Por volta de 2020 Massa.0 kg ( ton) 25

26 Telescópio Espacial Huble Tipo de telescópio Diametro Ritchey-Chretien reletor 2,4 m Área útil 4,3 m 2 Comprimento ocal: Website: 57,6 m ace_telescope 26

27 Telescópio rerator A objetiva orma uma imagem real, no seu plano ocal. Como no caso da objetiva otográica, quanto maior a distância ocal, maior será a imagem ormada. Essa imagem real, unciona como objeto para um segunda lente convergente, que atua como uma lupa, ormando uma imagem inal virtual e ampliada do objeto. 27

28 Aumento angular de um telescópio ab cd y' y' ' y' 2 M ' y' / y' / 2 M 2 dist. ocal da objetiva dist. ocal da ocular A objetiva pode ser uma lente ou um espelho esérico de distância ocal positiva igual a. 28

29 Exemplo 39 - Um telescópio reletor, com distância ocal de 2m e uma ocular com distância ocal de 0 cm, é usado na observação da Lua. Calcular o tamanho da imagem ormada no ponto próximo do observador, a 25 cm da vista. (A distância Terra-Lua é 3,84 x 0 5 Km e o diâmetro da lua é 3,5 x 0 3 Km). M 2 dist. ocal da objetiva dist. ocal da ocular 2m M 20 0,m ' ( 20) 20 3,84 x 0 5 Km R tg D lua T L 0,0045rad ' 0,09rad R 3 3,5x0 km 0, (3,84x0 x2) km ' 0,0045x20 25cm R' ' R' 0, 09x25cm 25cm R' 2, 3cm Diâmetro aparente da Lua=4,6cm 29

30 Luneta terrestre (de Galileu) Uma lente convergente orma uma imagem real e invertida de um objeto distante. Imagem objetiva 30

31 A imagem será um objeto virtual para uma lente divergente, com ponto ocal próximo da posição da imagem ormada pela primeira lente Imagem A imagem inal será virtual, ampliada e direita. 2 3

32 Luneta terrestre (de Galileu) M 2 dist. ocal da objetiva dist. ocal da ocular 32

33 O que Galileu viu? Foi com esse tipo de luneta que Galileu observou, com uma objetiva de comprimento ocal de 000mm e uma lente divergente de 50mm, conseguindo um aumento de 20X. crateras na Lua Desenho de Galileo Foto com montagem equivalente 33

34 O que Galileu viu? Luas de Júpiter Fases de Vênus 34

35 Microscópio composto 7- objetiva 8- objeto - ocular 35

36 Microscópio composto objetiva ocular 2 2 objeto I p p Imagem virtual, invertida 36

37 Aumento total=m M=aumento transversal da objetiva x aumento angular da ocular M=m.M 2 2 m p' p M 25cm 2 Como em geral o objeto está muito próximo do oco da objetiva e p é muito maior que p ; p p p M m 2 p'.( 25cm ). p' O sinal negativo indica que a imagem é invertida. Obs.: com os valores de p, e 2 em centímetros 37

38 Exemplo A objetiva de um microscópio com distância ocal de 5,0mm orma uma imagem a uma distância de 65mm. A ocular possui distância ocal de 26,0mm. (a) Qual a ampliação angular e total do microscópio? (b) Sabendo-se que o olho nu pode separar dois pontos na vizinhança do ponto próximo quando a distância entre os pontos or aproximadamente igual a 0,mm, determine a a separação mínima entre dois pontos que pode ser resolvida por esse microscópio? e 2 são positivos pois ambas as lentes são convergentes e p é positivo porque a imagem ormada pela objetiva é real. Temos: p =6,5cm, =0,5cm e 2 =2,6cm M p'.( 25cm ). 2 M ( 6, 5cm ).( 25cm ) ( 0, 5cm ).( 2, 6cm ) 37 continua 38

39 d 25cm Na imagem observada, para d=0,mm (0,0cm)/(25cm)0,0004 rad ' ' M M 0,0004 6,3 x0 rad 37 No objeto, isso corresponderia a uma separação entre dois pontos igual a d : d' (25cm). d' 3,3x0 5 cm 0,3m d' (25cm).,3 x0 6 Utilizando esse microscópio dois pontos separados por uma distância igual a cerca de 0,3m podem ser distinguidos. 39

40 Binóculo ocular Prismas Binóculos de Galileu (mesmo principio da luneta de Galileu) objetiva 40