Lente e vela no banco óptico
–Arraste a base da vela (distância), a chama (altura) e o foco F (distância focal). Toque na lente para trocar o tipo. Linhas tracejadas são prolongamentos: a luz não passa por ali.
A conta
Onde fica a imagem
p′ positivo: imagem real, do outro lado da lente. Negativo: imagem virtual, do mesmo lado do objeto.
Os três raios principais
Raio paralelo ao eixo sai passando pelo foco. Raio pelo centro óptico não desvia. Raio que passa pelo foco sai paralelo. Onde eles se cruzam (ou seus prolongamentos), está a imagem.
Equação de Gauss
Lente convergente: f > 0. Divergente: f < 0. A negativo é imagem invertida; |A| > 1, imagem maior que o objeto.
Para levar pra prova
Lupa: objeto entre o foco e a lente convergente dá imagem virtual, direita e maior.
Projetor e câmera: objeto além do foco dá imagem real e invertida.
Divergente (miopia) sempre dá imagem virtual, direita e menor. Vergência em dioptrias: C = 1/f, com f em metros.
Espelhos e a imagem da vela
–Arraste a vela, a chama e o foco F. Toque no espelho para trocar o tipo. A imagem atrás do espelho é virtual: os raios refletidos só parecem vir de lá.
A conta
Onde fica a imagem
p′ positivo: imagem real, na frente do espelho. Negativo: virtual, atrás dele.
Espelho plano
A imagem é virtual, direita, do mesmo tamanho e simétrica: fica atrás do espelho, à mesma distância que o objeto está na frente.
Espelhos esféricos
Côncavo: f > 0 (o foco fica na frente). Convexo: f < 0. Raio que chega paralelo reflete pelo foco; raio que chega pelo foco reflete paralelo; raio no vértice reflete simétrico.
Para levar pra prova
Convexo (retrovisor de moto, espelho de garagem): imagem sempre virtual, direita e menor, com campo de visão maior.
Côncavo (espelho de maquiagem, farol): perto do espelho, imagem direita e ampliada.
No centro de curvatura (p = 2f), imagem real, invertida e do mesmo tamanho.
Laser passando de um meio para outro
–Arraste o laser para mudar o ângulo de incidência. Os ângulos são medidos a partir da normal (a reta tracejada).
A conta
Quanto o raio desvia
Lei de Snell
Ao entrar num meio mais refringente (n maior), a luz fica mais lenta e se aproxima da normal. Ao sair para um meio menos refringente, se afasta dela.
Reflexão total
Saindo do meio mais refringente, acima do ângulo limite L a luz não atravessa: reflete inteira. É o que prende a luz dentro da fibra óptica e faz o diamante brilhar.
Para levar pra prova
Na refração, a frequência (e a cor) não muda; mudam a velocidade e o comprimento de onda.
Incidência normal (θ₁ = 0): a luz muda de velocidade, mas não desvia.
Fibra óptica: núcleo com n maior que a casca, luz presa por reflexões totais.
Prisma separando a luz branca
–Arraste a lanterna para mudar o ângulo de incidência e o ponto branco para mudar onde o feixe entra. Gire o botão para mudar o ângulo do prisma.
Cada cor, um índice
Vidro comum (crown): o violeta tem n maior, desvia mais; o vermelho tem n menor, desvia menos.
A conta
Dispersão
No vácuo todas as cores andam juntas. No vidro, cada cor tem uma velocidade, então cada uma refrata num ângulo: o branco se abre num leque.
Arco-íris
A luz do Sol entra na gota, reflete no fundo e sai. Cada cor sai num ângulo diferente, entre 40° e 42°, por isso o arco tem as cores separadas, com o vermelho por fora.
Para levar pra prova
Luz branca é a mistura de todas as cores; o prisma não “cria” cores, separa.
Desvio maior para o violeta, menor para o vermelho.
Para ver o arco-íris, o Sol fica atrás de você e a chuva na sua frente.
O olho focando na retina
–Arraste o objeto para aproximar ou afastar. Toque nos botões da cena para pôr os óculos e para trocar entre perto e longe. A faixa verde no eixo é onde o olho consegue enxergar nítido.
A conta
Os quatro olhos
Miopia
O olho é comprido demais (ou converge demais): a imagem de quem está longe se forma antes da retina. Enxerga bem de perto e mal de longe. A lente divergente faz o objeto distante parecer estar no ponto remoto.
Hipermetropia e presbiopia
Na hipermetropia o olho é curto: a imagem cairia atrás da retina. Na presbiopia (vista cansada) o cristalino endurece com a idade e não acomoda mais. Nos dois, o ponto próximo se afasta, e a lente convergente o traz de volta para 25 cm.
Para levar pra prova
Grau em dioptrias: P = 1/f, com f em metros. Grau negativo = divergente (miopia); positivo = convergente.
Olho normal: ponto remoto no infinito e ponto próximo a 25 cm.
Acomodação: os músculos ciliares deixam o cristalino mais curvo para ver de perto.