Óptica Geométrica

A parte da Física que estuda os fenômenos relacionados à luz é chamada de Óptica. A Óptica Geométrica estuda os fenômenos que são explicados sem se preocupar com a natureza da luz. Para este estudo utilizaremos alguns conceitos básicos e princípios fundamentais que serão apresentados neste texto.
Um dos grandes nomes da Óptica é Isaac Newton, que já conhecemos um pouco quando estudamos as Leis de Newton. Mas, a óptica já interessava o homem a muito mais tempo. Em 1025, Al-Hazen, um estudioso árabe, escreveu que a visão era o resultado dos raios de luz que entravam nos nossos olhos. O que não era tão comum se dizer na época, já que, acreditava-se que os olhos emitiam raios de luz que possibilitavam a visão. Al-Hazen também estudou as propriedades das lentes e fez grandes observações nesta área, mas isto estudaremos mais a frente.

Para o estudo da Óptica Geométrica, vamos conceituar a luz como sendo um ente físico capaz de sensibilizar os nossos olhos. Logo, é através da luz que enxergamos.

Agora vamos ver alguns conceitos básicos da Ótica Geométrica e em seguida os princípios da Óptica Geométrica.

Raio de luz
O raio de luz é um agente geométrico que representa a direção e o sentido da propagação da luz.

Pincel de luz
O pincel de luz pode ser entendido como sendo um conjunto de raios de luz.

Fonte de luz 
Denomina-se fonte de luz todo corpo capaz de emitir luz.

Fonte de luz primaria
São aquelas que emitem luz própria, isto é, que produz energia luminosa. Exemplos: O Sol e as Lâmpadas incandescentes.

Fonte de luz secundária
São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros corpos. Estas fontes de luz apenas refletem os raios de luz provenientes de outros corpos. Exemplo: a Lua e o teclado do seu computador.

Princípios da óptica geométrica:

1) Princípio da propagação retilínea da luz: em meios homogêneos a luz se propaga em linha reta.

2) Princípio da reversibilidade dos raios de luz: a trajetória dos raios não depende do sentido de propagação.

3) Princípio da independência dos raios de luz: cada raio de luz se propaga independentemente de outro.

Com estes três princípios observamos que a luz se propaga em linha reta, que o caminho de ida de um raio de luz pode ser igual ao caminho de volta e, um raio de luz pode se cruzar com outro se haver nenhuma mudança. 

(Óptica geométrica 01) O professor pede aos grupos de estudo que apresentem à classe suas principais conclusões sobre os fundamentos para o desenvolvimento do estudo da óptica geométrica.
Grupo I. Os feixes de luz podem apresentar-se em raios paralelos, convergentes ou divergentes.

Grupo II. Os fenômenos de reflexão, refração e absorção ocorrem isoladamente e nunca simultaneamente.

Grupo III. Enquanto num corpo pintado de preto fosco predomina a absorção, em um corpo pintado de branco predomina a difusão.

Grupo IV. Os raios luminosos se propagam em linha reta nos meios homogêneos e transparentes.
São corretas as conclusões dos grupos:

a) apenas I e III
b) apenas II e IV
c) apenas I, III e IV
d) II, III, IV
e) I, II, III e IV

Reflexão

Reflexão é um fenômeno físico no qual ocorre a mudança da direção de propagação da luz (desde que o ângulo de incidência não seja de 90°). Ou seja, consiste no retorno dos feixes de luz incidentes em direção à região de onde ela veio, após os mesmos entrarem em contato com uma determinada superfície refletora.

Quando a luz incide sobre uma superfície e retorna para o meio em que estava se propagando, dizemos que ela sofreu reflexão. A reflexão difere da refração, pois a refração consiste no desvio de luz para um meio diferente do qual a luz estava se propagando. A reflexão pode ser de dois tipos: reflexão regular, quando os raios de luz incidem sobre superfícies totalmente polidas, e reflexão difusa, quando os raios incidem sobre superfícies irregulares. Essa última é a responsável pela percepção do ambiente que nos cerca.

Para representar graficamente os raios de luz que incidem sobre uma superfície, existe asleis da reflexão, que nos auxiliam na visualização dos raios de luz sobre a superfície. São elas:

1° lei – O raio incidente, o raio refletido e a normal são coplanares, ou seja, pertencem ao mesmo plano.
2° lei – O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência, ou seja, r = i.

A reflexão é utilizada tanto na construção quanto na utilização dos espelhos. Esses são largamente utilizados, tanto planos quanto esféricos.

Leis da Refração

DEFINIÇÃO
Refração é a passagem da luz de um meio para outro.
Observamos que, quando um raio de luz incidente for oblíquo, a refração é acompanhada de desvio de direção, o que não acontece se a incidência do raio for perpendicular.

ÍNDICE DE REFRAÇÃO ABSOLUTO ( n )
Chamamos índice de refração absoluto de um meio para determinada luz monocromática a razão entre a velocidade da luz no vácuo ( c ) e a velocidade da luz no meio considerado ( v ).

n = índice de refração absoluto.
c = velocidade da luz no vácuo.
v = velocidade da luz no meio considerado.
ATENÇÃO:
• O índice de refração absoluto no vácuo é igual a 1.
• Em qualquer outro meio o índice de refração absoluto é maior que 1. O índice de refração absoluto no ar é um valor próximo de 1, sendo assim vamosconsiderar n ( ar ) = 1.
• O índice de refração é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz, ou seja, quanto maior for o índice de refração de um meio, menor será a velocidade de propagação da luz nesse meio.
• O meio que tem maior índice de refração tem maior refringência e vice-versa. Refringência, portanto, é a medida do índice de refração absoluto.
ÍNDICE DE REFRAÇÃO RELATIVO
O índice de refração de um meio A em relação ao meio B ( nA, B ) é obtido através da fórmula ao abaixo:

LEIS DA REFRAÇÃO
1ª Lei : O raio incidente, o raio refratado e a reta normal são coplanares.

2ª Lei: 

Lentes Esféricas

O QUE É LENTE?

É um meio de cristal ou sintético, transparente e limitado por superfícies curvas.

LENTES CONVERGENTES
São mais espessas no centro do que nos bordos, sua curva convexa (base externa) é mais acentuada do que a curva côncava (base interna).
• Quando se desloca uma lente positiva, o objeto caminha em sentido contrário.
• O centro ótico de uma lente positiva coincide com sua espessura mais grossa.
• Ao olharmos no rosto de uma pessoa, notaremos que a lente aumentará o tamanho dos olhos.

LENTES DIVERGENTES
São mais finas no centro do que nos bordos, sua curva convexa (base externa) é menos acentuada do que a curva côncava (base interna).
• Quando se desloca uma lente negativa, os objetos se deslocam no mesmo sentido.
• O centro ótico de uma lente negativa localiza-se no seu ponto mais fino.
• Ao olharmos no rosto de uma pessoa, notaremos que a lente diminuirá o tamanho dos olhos.
CENTRO ÓTICO
É o ponto mais espesso de uma lente positiva e o mais fino de uma lente negativa, onde o raio de luz atravessa sem sofrer desvio, e deve ser posicionado no centro geométrico da pupila do usuário.
TIPOS DE LENTES

QUANTO À SUPERFÍCIE
Quanto à superfície, as lentes são classificadas como lentes esféricas ou cilíndricas. Explicando de um modo mais simples, a lente cilíndrica serve para corrigir problemas de astigmatismo. Para todas as outras ametropias, a lente é do tipo esférica. No entanto, se uma pessoa sofre de astigmatismo combinado a outra ametropia qualquer, sua lente será esférico-cilíndrica.
QUANTO AO CAMPO DE VISÃO
Refere-se ao número de distâncias focais que uma lente pode ter, ou seja, quantos campos de visão que ela pode possuir. As lentes oftálmicas se dividem em lentes simples (ou monofocais) e lentes compostas (ou multifocais).
MONOFOCAIS
As lentes de visão simples são aquelas que se destinam a um só campo de visão.
MULTIFOCAIS
As multifocais constituem dois ou mais campos de visão, com distâncias focais diferentes, classificadas em bifocais, trifocais ou progressivas. Elas são como que duas ou mais lentes simples unidas num só bloco, onde uma parte é empregada para visão de longe e outra para visão de perto. Quanto mais aperfeiçoada é a lente multifocal, menor é o desconforto do usuário, devido à diminuição do chamado salto de imagem e a aberração cromática.

O salto de imagem é provocado pela diferença de efeito prismático entre a parte empregada para visão de longe e o segmento(nome dado à parte da lente que se destina à visão de perto), cujos centros ópticos normalmente se colocam afastados um do outro, provocando um deslocamento da posição da imagem entre a visão de longe e a visão de perto. Com a elaboração de tipos de segmentos nos quais se procura aproximar mais os centros ópticos, bem como a elaboração de lentes de focos progressivos, o problema do salto de imagem tem sido satisfatoriamente solucionado.
Bifocais:
São lentes com dois campos de visão, sendo um para longe e outro para perto, separados por uma linha divisória visível. São usados por pessoas que possuem presbiopia (falta de visão para perto).

Multifocais Progressivas:
São lentes com múltiplos campos de visão, isto é: para longe, para perto e também para meia distância, porém não apresentando nenhuma linha divisória, dando muito mais conforto ao usuário.
ALGUNS TIPOS DE LENTES

Lentes tóricas: São lentes com curvas mais acentuadas, sempre possuindo duas forças focais, uma esférica e uma cilíndrica.(grosso modo significam lentes cilíndricas).

Lentes base flat: São lentes com uma das curvas plana.

Lentes asféricas: lente que aumenta o campo de visão nítida, na sua periferia, reduzindo o astigmatismo marginal e sua asfericidade geométrica ajuda a reduzir a espessura central da lente e com isso diminui o efeito olho de boi.

Termo asfericidade:

No design atual das lentes são três os tipos de asfericidades empregadas.

1. Asfericidade ótica, para produzir lentes mais planas.
2. Asfericidade geométrica, para diminuir a espessura das lentes.
3. Asfericidade progressiva, para produção de mudanças de grau na superfície da lente.

• Lentes Omega índice 1.502: são asféricas e indicadas para compensação de afacia, para operados de catarata a moda antiga.

• Resina índice 1.530: hiperlight trivex asférica

• Tipos de lentes asféricas médio e alto índice: hyperal ormex 1.560, sola light 1.560, 1.600 positivo1.670 positivo. Uma das principais vantagens das lentes asféricas é proporcionar a diminuição das espessuras centrais e automaticamente a espessura de periférica e de bordas. Com isso termos lentes mais leves, mais finas, e quanto menor a espessura central menor ficará o tamanho dos olhos.

• Lentes negativas NPU 1.700 bi-asférica.
LENTES PARA ESTÉTICA

Estética de prisma
Recurso usado nos casos extremos quando percebemos que as lentes ficarão muito grossas no lado nasal. Não é um recurso aconselhado, pois pode trazer algum tipo de desconforto para o usuário. (maiores informações leia artigo Estética de prisma: será que compensa?)

Cilíndrico cruzado
Esse recurso nos possibilita dividirmos a espessura exagerada nas bordas da lente quando o cilíndrico dela é muito forte.

Fosca ou ocluida
Lentes com uma das superfícies sem polimento obstruindo a visão. É utilizada em tratamentos de estrabismo para obrigar a visão a ser exercitada pelo olho atrofiado ou em casos de afácia monocular.

Equilíbrio de peso
Aproximação da espessura entre as lentes com finalidade estética. Usadas em casos em que o cliente não tem visão alguma em um dos olhos. São recomendadas para uma melhor aparência dos óculos.

Em casos de dioptrias positivas ou negativas fortes, a melhor opção se o cliente não tiver visão será aproximar as dioptrias para melhorar aparência dos olhos. (aproxima também o tamanho dos olhos).

Lenticuladas
Definida em coroa circular, são feitas para altas dioptrias negativas e positivas com desejo de disfarçar suas bordas. São lentes indicadas na confecção de altas dioptrias negativas e ou positivas.

Ex: lenticuladas negativas e lenticuladas katral positivas.