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Instrumentos Ópticos
Prof. Augusto Melo
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1 Introdução
2 Classificação dos instrumentos ópticos
3 Máquina fotográfica
4 Projetor
5 Microscópio
6 Lupa ou microscópio simples
7 Microscópio composto
8 Microscópio eletrônico
9 Microscópio eletrônico de transmissão
10 Microscópio eletrônico de varredura
11 Microscópio acústico
12 Microscópio de tunelamento
13 Lunetas
14 Luneta astronômica
15 Luneta terrestre – Binóculo
16 Telescópio
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Instrumentos ópticos – Introdução
Para progredir cada vez mais nainvestigação da natureza, o homemconstruiu instrumentos capazes deestender os limites impostos porseus órgãos sensoriais. Assim, otelescópio abriu as portas doinfinitamente grande e o microscópiopermitiu ver estruturas dedimensões ínfimas, como a célula,base da vida, e até átomos.
Os instrumentos ópticos costumam ser classificados em:
Grupo I: instrumentos de projeção
Caracterizam-se por formar imagem final real, que é projetadaem uma tela difusora (tela cinematográfica) ou em um anteparofotossensível (filme fotográfico ou conversor eletrônico).
Pertencem a esse grupo as câmeras fotográficas, as filmadoras eos projetores em geral.
Grupo II: instrumentos de observação
Distinguem-se por formar imagem final virtual, que serve deobjeto real para um observador, cujo bulbo do olho se associa aoinstrumento. Fazem parte desse grupo a lupa, o microscópiocomposto, as lunetas e os telescópios.
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Instrumentos ópticos – Introdução
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Instrumentos de Projeção – Máquina Fotográfica
É um dispositivo destinado àfixação de imagens. Em linhasgerais, ocorre o seguinte: aobjetiva da câmera (sistemaconvergente formado por umaou mais lentes) projeta aimagem real e invertida domotivo da fotografia sobre umanteparo fotos- sensível em que,devido a fenômenosfotoquímicos ou fotoeletrônicos,ela fica gravada.
Nas fotografias mais comuns, oobjeto a ser fotografado é iluminadopela luz solar e esta é captada pelacâmera por reflexão. A imagemprojetada sobre o filme (ou conversoreletrônico) é invertida, e a inversãoocorre tanto na vertical como nahorizontal.
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Instrumentos de Projeção – Máquina Fotográfica
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Instrumentos de Projeção – Projetor
Trata-se de um dispositivo que fornece, de um objeto real(arquivo eletrônico, diapositivo ou filme), uma imagem realprojetada em uma tela. A imagem final é invertida (na vertical e nahorizontal) e ampliada e pode comportar-se como objeto realpara vários espectadores ao mesmo tempo.
Observe que a“objetiva” do projetor éum sistema convergentede lentes. O espelhocôncavo E, em cujo centrode curvatura se posicionaa fonte de luz F, tem porfunção minimizar asperdas de energialuminosa.
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Instrumentos de Projeção – Projetor
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Microscópio é o instrumento queserve para ampliar, com a finalidadede observação, a imagem de objetosminúsculos. A imagem pode serformada por meios ópticos, acústicosou eletrônicos e recebida porreflexão, processamento eletrônicoou por uma combinação dos doismétodos. Os microscópios sãointensivamente usados nos maisdiversos ramos da ciência, comobiologia, metalurgia, espectroscopia,medicina, geologia e pesquisacientífica em geral.
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Microscópio
Esse dispositivo nada mais é do que umsistema convergente, de distância focal da ordemde centímetros.
Precursora dos instrumentos ópticos degrande ampliação, a lupa é utilizada como lentede aumento em diversas atividades, como aconfecção de joias, o conserto de relógios, afilatelia, o estudo de insetos, a criminalística,entre outras.
De um objeto real situado entre o focoprincipal objeto e o centro óptico, a lupa forneceuma imagem virtual, direita e ampliada.
Convém destacar que, para o olho doobservador, a imagem fornecida pela lupacomporta-se como objeto real.
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Instrumentos de Observação – Lupa ou Microscópio Simples
Lupa
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Instrumentos de Observação – Lupa ou Microscópio Simples
Os aumentos fornecidos pelaslupas raramente excedem a 10vezes. Lupas que proporcionamaumentos da ordem de uma dezenade vezes têm distância focalpequena, o que torna seu diâmetrotambém pequeno, comprometendoo brilho da imagem e sua boavisualização.
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Instrumentos de Observação –Microscópio CompostoÉ um instrumento de aumento constituído basicamente de dois
sistemas convergentes de lentes associados coaxialmente: o primeiro é aobjetiva (distância focal da ordem de milímetros), que responde pelacaptação da primeira imagem do objeto; o segundo é a ocular, que,operando como lupa, forma a imagem final, a qual se comporta comoobjeto para o olho do observador.
O objeto a ser analisado posiciona-se um pouco além do foco objeto daobjetiva, que conjuga a ele uma imagem real, invertida e ampliada. Essaimagem, formada entre o foco objeto e o centro óptico da ocular,comporta-se como objeto para a ocular, que conjuga a ele uma imagemfinal virtual, direita e ampliada.
Objetiva
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Instrumentos de Observação –Microscópio Composto
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Em 1924 o físico francês Louis de Broglie mostrou que um feixede elétrons pode ser considerado uma forma de movimento ondularcom comprimentos de onda muito menores que os da luz. Com basenessa ideia, o engenheiro alemão Ernst Ruska inventou omicroscópio eletrônico em 1933. Nesse aparelho, as amostras sãoiluminadas por um feixe de elétrons, focalizados por um campoeletrostático ou eletromagnético. Os microscópios eletrônicosproduzem imagens detalhadas com uma ampliação superior a250.000 vezes. Ao mostrar imagens de objetos infinitamentemenores que os observados ao microscópio óptico, o microscópioeletrônico contribuiu para o progresso do conhecimento daestrutura da matéria e das células.
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Microscópio eletrônico
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Microscópio eletrônico
Microscópio eletrônico de transmissão
Como as ondas sonoras têmcomprimento de onda comparável aoda luz visível, surgiu, na década de1940, a ideia de empregar som e nãoluz em microscopia. Os primeirosmicroscópios acústicos, porém, foramproduzidos somente na década de1970. Como as ondas sonoras, aocontrário da luz, podem penetrar emmateriais opacos, os microscópiosacústicos são capazes de fornecerimagens das estruturas internas, assimcomo da superfície, de muitos objetosque não podem ser vistos aomicroscópio óptico.
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Microscópio acústico
A invenção, em 1981, do microscópio de tunelamento (MT) valeu aoalemão Gerd Binnig e ao suíço Heinrich Rohrer — bem como a Ernst Ruska— o Prêmio Nobel de física de 1986. O MT mede a corrente elétrica criadaentre a superfície do objeto estudado e uma ponteira-sonda detungstênio. A força da corrente depende da distância entre a ponteira e asuperfície. A partir dessa informação, é possível produzir uma imagem dealta resolução, em que são vistos até os átomos. Para isso, a extremidadeda ponteira-sonda deve consistir em um único átomo, e sua elevaçãosobre a superfície tem de ser controlada com uma posição de algunscentésimos de angström (o diâmetro de um átomo é de aproximadamenteum angström, ou um décimo bilionésimo de metro). Durante seusmovimentos invisíveis, a ponteira é guiada por alterações minúsculas nocomprimento das pernas de um tripé de sustentação. Essas pernas sãofeitas de um material piezelétrico que muda de dimensões sob a influênciade um campo elétrico.
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Microscópio de tunelamento
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Instrumentos de Observação – Lunetas
São instrumentos formados basicamentepor dois sistemas convergentes de lentes,associados coaxialmente: o primeiro é a objetiva(distância focal da ordem de decímetros oumetros), que capta a primeira imagem do objeto;o segundo é a ocular, que, operando como lupa,conjuga a imagem final, a qual se comporta comoobjeto para o olho do observador.
Há duas categorias de lunetas: asastronômicas, utilizadas na observação deobjetos longínquos, como os corpos celestes, e asterrestres, empregadas para visar objetos nãomuito afastados. As lunetas terrestres são muitoúteis, por exemplo, na navegação.
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Instrumentos de Observação – Luneta Astronômica
No caso da luneta astronômica, a luz emanada de um corpomuito afastado (teoricamente, no “infinito”) incide na objetiva, queforma uma imagem real e invertida. Em razão da grande distânciaentre o objeto e a objetiva, a imagem conjugada por essa lenteforma-se em seu plano focal imagem. Tal imagem, posicionadaentre o foco objeto e o centro óptico da ocular, comporta-se comoobjeto para a ocular, que faz corresponder a ele uma imagem finalvirtual, direita e aumentada. Essa imagem final, porém, é invertidaem relação ao objeto inicial.
As lunetas não fornecem aumentos lineares dos corposobservados; apenas possibilitam a visualização desses corpos sobângulos visuais ampliados, o que dá aos usuários melhorescondições de observação. Por isso elas são denominadasinstrumentos de aproximação.
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Instrumentos de Observação – Luneta Astronômica
Por definição, o aumento visual ou aumento angular para essaluneta é a grandeza adimensional G, dada por:
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Instrumentos de Observação – Luneta Terrestre
A construção das lunetas terrestres,embora seja parecida com a daslunetas astronômicas, conta commuitas simplificações. As lunetasterrestres são menores, custam menose dispõem de um sistema endireitadorda imagem final, formado por uma oumais lentes, que é denominadoveículo. A correção da imagem finaltambém pode ser feita por meio deprismas de reflexão total, como ocorrenos binóculos, que nada mais são queduas pequenas lunetas terrestresassociadas.
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Instrumentos de Observação – Telescópios
Nos grandes observatórios de Astronomia, para eliminar osinconvenientes das aberrações de esfericidade e cromáticas,próprias das lentes, são utilizados, na função de objetiva, espelhosparabólicos côncavos. Assim, os instrumentos de observação quegeram a primeira imagem do astro por reflexão, e não por refraçãoda luz, deixam de ser chamados de lunetas e assumem adenominação de telescópios.