Visual axis. Cristalline. Optic axis

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Matheus Henrique Cortês Arantes
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1 Óptica Geométrica OpE - MIB 2007/2008 Óptica Geométrica (2ª aula) Instrumentos Ópticos O olho humano Os óculos A lupa O microscópio O telescópio A máquina otográica O espectrootômetro InstOpt 2

2 O olho humano Estrutura do olho humano Visual axis Cristalline Fluid Optic axis InstOpt 3 O olho humano Acomodação A ocagem ina ou acomodação do olho é unção do cristalino. É o processo no qual este altera a sua orma de modo a ocar na retina quer objectos distantes quer objectos próximos. O ponto aquém do qual a acomodação não é mais possível designa-se por ponto próximo. O ponto próximo varia consoante a idade do indivíduo: Idade Criança Jovem Adulto Idoso (>60 anos) Ponto próximo 7 cm 12 cm cm > 100 cm InstOpt 4

É o processo no qual este altera a sua orma de modo a ocar na retina quer objectos distantes quer objectos próximos.

3 O olho humano Deinições - olho emétrope e olho amétrope Um olho normal, ou emétrope, é capaz de ocar na retina raios paralelos sem necessidade de acomodação; i.e., é um olho cujo oco imagem situa-se na retina. Este olho dito normal não é muito requente. Remoto de um olho não-acomodado é o ponto objecto cuja imagem se orma na retina. Num olho normal, o remoto situa-se no ininito para eeitos práticos ininito são distâncias > 5m! Quando o oco imagem não se encontra sobre a retina, o olho diz-se amétrope As ametropias podem ser devidas a alterações anómalas do mecanismo de reracção (da córnea, do cristalino, etc), e a alterações no comprimento do globo ocular, com alteração da distância entre o cristalino e a retina. Miopia Hipermetropia Astigmatismo 25% jovens adultos necessitam compensação ocular de ± 0,5 D 65% jovens adultos necessitam compensação ocular de ± 1,0 D InstOpt 5 O olho humano Miopia lentes negativas (ou divergentes) Os eixes de raios paralelos convergem num ponto em rente da retina. A imagem de todos os objectos para além do remoto não se ormará com nitidez, embora os objectos próximos sejam vistos claramente. A compensação da miopia exige lentes adicionais, colocadas antes do olho, de modo a que o oco imagem se orme sobre a retina. São usadas lentes negativas (ou divergentes). A compensação ocular aasta ligeiramente o ponto remoto: por isso os míopes tiram os óculos para eniar agulhas ou ler letras de pequenas dimensões. InstOpt 6

Num olho normal, o remoto situa-se no ininito para eeitos práticos ininito são distâncias > 5m!

4 O olho humano Hipermetropia lentes positivas O ponto ocal imagem de um olho não-acomodado situa-se para além da retina. O hipermétrope pode e deve acomodar para ver objectos distantes com nitidez, mas esta acomodação não é suiciente para objectos aquém do ponto próximo, que está muito mais aastado do que o normal. A visão não é pois pereita para objectos ao perto. A compensação da miopia exige lentes adicionais, colocadas antes do olho, de modo a que o oco imagem se orme sobre a retina. São usadas lentes positivas (ou convergentes) pois permitem que um olho não-acomodado visualize objectos no ininito. InstOpt 7 O olho humano Astigmatismo lentes anamóricas É devido ao ormato irregular da córnea ou do cristalino, conduzindo há ormação da imagem em vários ocos que se encontram em eixos dierenciados.é talvez o deeito mais requente da visão humana, sendo hereditário. Todos os objectos tanto próximos como distantes- icam distorcidos. Reira-se, como exemplo, a visão nítida das colunasde um tabuleiro de xadrez, enquanto que as linhas icam desocadas. Sistemas ópticos com valores dierentes de M T ou de D segundo dois meridianos principais dizem-se anamóricos. O sistema pode ser construído com lentes cilíndricas, mas a imagem virá distorcida, por ter sido ampliada segundo umaúnica direcção. Mas é esta distorção quecompensa o astigmatismo. InstOpt 8

A visão não é pois pereita para objectos ao perto. A compensação da miopia exige lentes adicionais, colocadas antes do olho, de modo a que o oco imagem se orme sobre a retina.

5 Óculos Os óculos são dispositivos ópticos utilizados para compensação de ametropias e/ou protecção dos olhos. São utilizados na parte superior da ace, próximos aos olhos, mas sem entrar em contacto ísico com eles; em geral, são constituídos por duas lentes otálmicas e uma armação. Em óptica isiológica, é usual e conveniente utilizar potência dióptrica, D, de uma lente: D 1 em metros em m = dioptrias 1 = D D Exemplo: Lente convergente: Lente divergente: distância ocal 1 m distância ocal -2 m +1 D -1/2 D InstOpt 9 A lupa Uma simples lente positiva constitui uma lupa (ou microscópio simples): permite obter imagens de objectos próximos com dimensões superiores às das imagens obtidas em condições normais. É desejável que a lupa orme uma imagem ampliada e não invertida, o que sugere que o objecto deve ser colocado entre a lente e o oco objecto. Ampliação angular M A é a razão entre a dimensão da imagem na retina quando vista através do instrumento e a dimensão da mesma imagem quando vista pelo olho desarmado. No caso da lupa: θ xnp M A = = θ 0 InstOpt 10

Em óptica isiológica, é usual e conveniente utilizar potência dióptrica, D, de uma lente: D 1 em metros em m = dioptrias 1 = D D Exemplo: Lente convergente: Lente divergente: distância ocal 1 m

6 Microscópio Terminologia InstOpt 11 Microscópio Microscópio composto O microscópio é um instrumento óptico que permite grandes ampliações angulares (superiores a 30x) para objectos próximos. Na sua orma mais simples é composto por duas lentes, designando-se por microscópio composto. A lente mais próxima do objecto chama-se objectiva orma uma imagem real, invertida e aumentada do objecto. A lente mais próxima do olho do observador, a ocular, é uma simples lupa para ver a imagem ormada pela objectiva. A ampliação lateral da objectiva é: m0 = y' L = y 0 M0 = xnp A ampliação angular da ocular é: e M = m0 M 0 = L xnp 0 e Poder de ampliação do microscópio InstOpt 12 6

A lente mais próxima do objecto chama-se objectiva orma uma imagem real, invertida e aumentada do objecto.

7 Telescópio Terminologia InstOpt 13 Telescópio O telescópio tem como unção primária ampliar a imagem de um objecto longínquo (do grego teleskopos que signiica ver à distância). Telescópio astronómico de Kepler Consiste de duas lentes positivas a objectiva, que orma uma imagem real e invertida, e a ocular, com a unção de uma simples lupa para ver essa imagem. Mostra-se que a potência de ampliação é: M θ θ e = = 0 0 e 0 grande e pequena M elevado! InstOpt 14

Telescópio astronómico de Kepler Consiste de duas lentes positivas a objectiva, que orma uma imagem real e

8 Telescópio Telescópio astronómico de Galileu 1 < 0 2 > 0 A análise deste telescópio é um exercício para casa! InstOpt 15 Telescópio Telescópio astronómico de Cassegrain A principal consideração de um telescópio astronómico não é o seu poder de ampliação, mas sim a sua capacidadeem colectar potência óptica tal dependedo tamanhoda objectiva. Quanto maior a objectiva mais brilhantes as imagens. É mais ácil construir grandes espelhos do que grandes lentes apenas a superície necessita de ser precisa. Object Parece, do esquema, que a imagem terá um buraco tal só acontece se estiver ora-de-oco! InstOpt 16

sim a sua capacidadeem colectar potência óptica tal dependedo tamanhoda objectiva. Quanto maior a objectiva mais brilhantes as imagens.

9 Telescópio Telescópio astronómico de Cassegrain Algumas bonitas imagens! Galaxy Messier 81 Urânio rodeado pelos seus 4 anéis principais e por 10 das suas 17 luas NGC 6543-Cat's Eye Nebula - uma das mais complexas nebulosas planetárias jamais observada InstOpt 17 Máquina otográica - é conveniente que as objectivas devem ter aberturas relativamente grandes [1/(/#)] tempos de exposição reduzidos - devem ormar imagens planas e sem distorção. - dependendo da aplicação, as objectivas devem ter angulares adequadas (racção da cena registada na otograia). Câmara Relex InstOpt 18 9

nebulosas planetárias jamais observada InstOpt 17 Máquina otográica - é conveniente que as objectivas devem ter aberturas relativamente grandes

10 Máquina otográica Lentes otográicas As lentes otográicas são complexas. Especialmente as lentes zoom : podem conter até 20 elementos!! Canon 17-85mm / zoom Canon EF 600mm /4L IS USM Super Telephoto Lens 17 elements in 13 groups ~ USD InstOpt 19 Espectrootômetro A espectrootometria é o método de análises óptico mais usado na investigação biológica e ísico-química. O espectrootômetro é o instrumento que permite comparar a radiação absorvida ou transmitida por uma solução que contém uma quantidade desconhecida de soluto, com uma quantidade conhecida da mesma substância, em unção do comprimento de onda. A precisão dos comprimentos de onda para análise são chamados de bandas de passagem (~ 10 nm). O espectro de análise mais comum é de 360 nm a 1000 nm na zona do visível. Camera Entrance slit θ λ λ 0 Diraction grating InstOpt 20

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