Lente convergente: características, tipos e exercício resolvido

As lentes convergentes são aqueles que são mais espessas na sua parte central e mais fino nas extremidades. Como resultado, eles concentram (fazem convergir) em um único ponto os raios de luz que os atingem paralelamente ao eixo principal.Esse ponto é chamado de foco, ou foco de imagem, e é representado pela letra F. Lentes convergentes ou positivas formam o que é chamado de imagens reais de objetos.

Um exemplo típico de lente convergente é uma lupa. No entanto, é comum encontrar esse tipo de lente em dispositivos muito mais complexos, como microscópios ou telescópios. De fato, um microscópio composto básico consiste em duas lentes convergentes que possuem uma pequena distância focal. Essas lentes são chamadas objetivas e oculares.

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Lupa, uma lente convergente.

As lentes convergentes são usadas em óptica para diferentes aplicações, embora talvez o mais conhecido seja o de corrigir defeitos de visão. Assim, eles são indicados para tratar hipermetropia, presbiopia e também alguns tipos de astigmatismo, como o astigmatismo hipermetrópico.

Caracteristicas

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Lente convergenteChetvorno [CC0]

As lentes convergentes têm várias características definidoras. De qualquer forma, talvez o mais importante seja o que já avançamos em sua definição. Assim, as lentes convergentes são caracterizadas por desviar através do foco qualquer raio que as atinja em uma direção paralela ao eixo principal.

Além disso, reciprocamente, qualquer feixe incidente que passa pelo foco é refratado paralelamente ao eixo óptico da lente.

Elementos das lentes convergentes

Para o seu estudo, é importante saber quais elementos constituem as lentes em geral e as lentes convergentes em particular.

Em geral, é chamado o centro óptico de uma lente ao ponto em que todos os raios que passam por ela não sofrem nenhum desvio.

O eixo principal é a linha que une o centro óptico e o foco principal, que já mencionamos que é representado pela letra F.

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O foco principal é chamado de ponto em que todos os raios que atingem a lente paralela ao eixo principal se encontram.

A distância entre o centro óptico e o foco é chamada de distância focal.

Os centros de curvatura são definidos como os centros das esferas que criam a lente; sendo, por outro lado, os raios de curvatura dos raios das esferas que dão origem à lente.

E, finalmente, o plano central da lente é chamado de plano óptico.

Formação de imagens em lentes convergentes

Para a formação de imagens em lentes convergentes, uma série de regras básicas explicadas abaixo deve ser levada em consideração.

Se o feixe atingir a lente paralelamente ao eixo, o feixe emergente convergirá para o foco da imagem. Por outro lado, se um feixe incidente cruza o foco do alvo, o feixe emerge em uma direção paralela ao eixo. Finalmente, os raios que cruzam o centro óptico são refratados sem sofrer nenhum tipo de desvio.

Como conseqüência, as seguintes situações podem ocorrer em uma lente convergente:

– Que o objeto esteja localizado em relação ao plano óptico a uma distância maior que o dobro da distância focal. Nesse caso, a imagem produzida é real, invertida e menor que o objeto.

– Que o objeto esteja localizado a uma distância do plano óptico igual ao dobro da distância focal. Quando isso acontece, a imagem obtida é uma imagem real, invertida e do mesmo tamanho que o objeto.

– Que o objeto esteja a uma distância do plano óptico entre uma e duas vezes a distância focal. Em seguida, uma imagem produzida é real, invertida e maior que o objeto original.

– Que o objeto esteja localizado a uma distância do plano óptico menor que a distância focal. Nesse caso, a imagem será virtual, direta e maior que o objeto.

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Tipos de lentes convergentes

Existem três tipos diferentes de lentes convergentes: lentes biconvexas, lentes convexas planas e lentes convexas côncavas.

As lentes biconvexas, como o nome indica, consistem em duas superfícies convexas. Enquanto isso, os planos convexos têm uma superfície plana e convexa. E finalmente, as lentes côncavas-convexas são constituídas por uma superfície levemente côncava e convexa.

Diferença com lentes divergentes

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Lente convergenteFir0002 () (Uploads) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

As lentes divergentes, por outro lado, diferem das lentes convergentes, pois a espessura diminui das bordas em direção ao centro. Assim, ao contrário do que aconteceu com os convergentes, neste tipo de lente os raios de luz que atingem paralelamente ao eixo principal são separados. Dessa forma, eles formam o que é chamado de imagens virtuais de objetos.

Na óptica, as lentes divergentes ou negativas, como também são conhecidas, são usadas principalmente para corrigir a miopia.

Equações gaussianas de lentes finas e ampliação de uma lente

Em geral, o tipo de lente estudado é o tipo de lente fina. São definidos como aqueles que possuem uma espessura pequena em comparação com os raios de curvatura das superfícies que os limitam.

Este tipo de lente pode ser estudado com a equação gaussiana e com a equação que permite determinar a ampliação de uma lente.

Equação gaussiana

A equação gaussiana de lentes finas serve para resolver muitos problemas ópticos básicos. Daí a sua grande importância. Sua expressão é a seguinte:

1 / f = 1 / p + 1 / q

Onde 1 / f é o que é chamado de potência de uma lente ef é a distância focal ou distância do centro óptico ao foco F. A unidade de medida da potência de uma lente é a dioptria (D), onde 1 D = 1 m -1 . Por outro lado, pyq são respectivamente a distância em que um objeto está localizado e a distância em que sua imagem é observada.

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Ampliando uma lente

A ampliação lateral de uma lente fina é obtida com a seguinte expressão:

M = – q / p

Onde M é o aumento. Do valor do aumento, uma série de consequências pode ser deduzida:

Sim | M | > 1, o tamanho da imagem é maior que o objeto

Sim | M | <1, o tamanho da imagem é menor que o do objeto

Se M> 0, a imagem está correta e no mesmo lado da lente que o objeto (imagem virtual)

Se M <0, a imagem é invertida e no lado oposto ao objeto (imagem real)

Exercício resolvido

Um corpo está localizado a um metro de distância de uma lente convergente, que tem uma distância focal de 0,5 metros. Como será a imagem corporal? Quão longe será?

Temos os seguintes dados: p = 1 m; f = 0,5 m.

Substituímos esses valores na equação gaussiana de lentes finas:

1 / f = 1 / p + 1 / q

E o seguinte permanece:

1 / 0,5 = 1 + 1 / q; 2 = 1 + 1 / q

Limpamos 1 / q

1 / q = 1

Para limpar e obter:

q = 1

Portanto, substituímos na equação de ampliação de uma lente:

M = – q / p = -1 / 1 = -1

Portanto, a imagem é real desde q> 0, invertida porque M <0 e de tamanho igual, já que o valor absoluto de M é 1. Finalmente, a imagem está a um metro de distância do foco.

Referências

  1. Luz (sd) Na WikipediaRetirado em 18 de março de 2019, de es.wikipedia.org.
  2. Lekner, John (1987).Teoria da reflexão, das ondas eletromagnéticas e de partículas . Springer
  3. Luz (sd). Na WikipediaRetirado em 20 de março de 2019, de en.wikipedia.org.
  4. Lente (nd). Na WikipediaRecuperado em 17 de março de 2019, de es.wikipedia.org.
  5. Lente (óptica) . Na WikipediaRecuperado em 19 de março de 2019, de en.wikipedia.org.
  6. Hecht, Eugene (2002).Optics (4ª ed.). Addison Wesley
  7. Tipler, Paul Allen (1994).Física 3ª edição . Barcelona: Eu inverti.

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