Prévia do material em texto
MATERIAL EXTRA – (Óptica da visão – Aula 19) Turma Extensivo Online – (FÍSICA / F.3) Professor Fabio Teixeira Página 1 de 7 1. (Fac. Albert Einstein - Medicin 2017) Óptica da Visão O olho humano, responsável pela visão, pode distinguir cerca de 10 milhões de cores e é capaz de detectar um único fóton. É um sistema óptico complexo, formado por vários meios transparentes, além de um sistema fisiológico com inúmeros componentes e todo o conjunto é chamado GLOBO OCULAR. Pela complexidade de se traçar os trajetos dos raios luminosos através desses diferentes meios, convencionou-se representar todos eles por uma única lente convergente biconvexa (o cristalino), de distância focal variável, essa representação é chamada de olho reduzido. Chama-se Óptica da Visão o estudo das trajetórias dos raios luminosos, através do globo ocular, até a formação de imagens no cérebro. As pessoas que tem visão considerada normal, emetropes, têm a capacidade de conjugar imagens nítidas para objetos situados em média a 25 cm da lente (ponto próximo), por convenção, até distâncias no infinito visual (ponto remoto). O cristalino é uma lente transparente e flexível, localizada atrás da pupila. Sua distância focal pode ser ajustada para focar objetos em diferentes distâncias, num mecanismo chamado acomodação. A íris (na figura acima) é a área verde/cinza/marrom (castanha), medindo cerca de 12 mm de diâmetro. As outras estruturas visíveis são a pupila (círculo preto no centro) e a esclera (parte branca do olho) ao redor da íris. A córnea está presente, mas não é possível vê-la na foto, por ser transparente. Teoricamente, poderíamos pensar no centro da pupila como sendo o centro da íris. A pupila é um espaço vazio em forma circular, normalmente preto, definido pela margem interior da íris. Mede de 1,5 mm de diâmetro com muita luz até 8mm de diâmetro com pouca luz. Sua função é controlar a passagem de luz que chega até a retina. Quando o olho é exposto a níveis de iluminação muito elevados, a pupila se contrai (na verdade a íris dilata), efeito chamado de Pupillary Reflex. a) Admita a íris da figura recebendo pouca luz. Qual a área da região colorida? (adote 3,1)π b) Chamamos de amplitude de acomodação visual a variação da vergência do cristalino de um olho, funcionando como uma lente, capaz de conjugar imagens nítidas para um objeto situado em seu ponto próximo e no seu ponto remoto. Determine, em metros, a distância do ponto próximo para uma pessoa que possua o ponto remoto normal e cuja amplitude de acomodação visual seja de 2,5 di. 2. (Enem 2015) Entre os anos de 1028 e 1038, Alhazen (lbn al-Haytham: 965-1040 d.C.) escreveu sua principal obra, o Livro da Óptica, que, com base em experimentos, explicava o funcionamento da visão e outros aspectos da ótica, por exemplo, o funcionamento da câmara escura. O livro foi traduzido e incorporado aos conhecimentos científicos ocidentais pelos europeus. Na figura, retirada dessa obra, é representada a imagem invertida de edificações em tecido utilizado como anteparo. ROTEIRO DE ESTUDOS FOCO NO VESTIBULAR! OBRIGATÓRIOS 2, 3, 6, 8, 9, 11 e 13 APROFUNDAMENTO 1, 4, 5,12, 15 e 16 DESAFIO 7, 10 e 14 FOCO NO VESTIBULAR! (Resolução no final) Página 2 de 7 Se fizermos uma analogia entre a ilustração e o olho humano, o tecido corresponde ao(à) a) íris b) retina c) pupila d) córnea e) cristalino 3. (Ifsul 2020) João, um estudante de ensino médio, leva para a aula de Física sua receita oftalmológica, para que possa debater com o professor e seus colegas o possível defeito de visão que possui. LONGE ESFÉRICO CILÍNDRICO EIXO OD 2,00− 180 OE 1,75− 10 PERTO ESFÉRICO CILÍNDRICO EIXO OD OE Considerando que João tem dificuldade de enxergar objetos distantes e que a solução para seu problema é a utilização de óculos com lentes esféricas divergentes, é correto afirmar que o defeito de visão que esse estudante apresenta é a) astigmatismo. b) hipermetropia. c) miopia. d) estrabismo. 4. (Ufsc 2019) Em 2017, Carlos Mastrangelo, da Universidade de Utah, nos EUA, divulgou seus estudos sobre a criação de óculos formados por lentes líquidas, para fazer o foco automático. Seu objetivo foi resolver o problema de quem tem presbiopia e miopia, por exemplo, para não precisar trocar de óculos. Mastrangelo conta que os óculos possuem uma câmera infravermelha entre as lentes que serve para identificar a distância entre o rosto do usuário e o objeto que ele está olhando e, assim, fazer o foco correto. Sobre o assunto abordado e com base no exposto acima, é correto afirmar que: 01) o defeito da visão chamado hipermetropia provoca o mesmo efeito que a miopia, ou seja, o indivíduo tem dificuldades em enxergar objetos próximos. 02) uma das formas de ajustar o foco da lente é alterando sua curvatura. 04) o fenômeno óptico que explica o funcionamento de uma lente é a refração. 08) para determinar a distância, a câmera acoplada aos óculos utiliza a onda de calor liberada pelos objetos. 16) uma causa do defeito da visão chamado presbiopia está relacionada com um globo ocular mais achatado. 32) a lente utilizada para corrigir o defeito da visão chamado miopia é a lente convergente. 64) em um olho hipermetrope a imagem é formada após a retina. 5. (Enem 2019) A maioria das pessoas fica com a visão embaçada ao abrir os olhos debaixo d’água. Mas há uma exceção: o povo moken, que habita a costa da Tailândia. Essa característica se deve principalmente à adaptabilidade do olho e à plasticidade do cérebro, o que significa que você também, com algum treinamento, poderia enxergar relativamente bem debaixo d’água. Estudos mostraram que as pupilas de olhos de indivíduos moken sofrem redução significativa debaixo d’água, o que faz com que os raios luminosos incidam quase paralelamente ao eixo óptico da pupila. GISLÉN, A. et al. Visual Training Improves Underwater Vision in Children. Vision Research, n. 46, 2006 (adaptado). A acuidade visual associada à redução das pupilas é fisicamente explicada pela diminuição a) da intensidade luminosa incidente na retina. b) da difração dos feixes luminosos que atravessam a pupila. c) da intensidade dos feixes luminosos em uma direção por polarização. d) do desvio dos feixes luminosos refratados no interior do olho. e) das reflexões dos feixes luminosos no interior do olho. 6. (Unicamp 2019) As cirurgias corretivas a laser para a visão estão cada vez mais eficientes. A técnica corretiva mais moderna é baseada na extração de um pequeno filamento da córnea, modificando a sua curvatura. No caso de uma cirurgia para correção de miopia, o procedimento é feito para deixar a córnea mais plana. Assinale a alternativa que explica corretamente o processo de correção da miopia. a) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma antes da retina e a cirurgia visa a aumentar a distância focal da lente efetiva do olho. b) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma depois da retina e a cirurgia visa a aumentar a distância focal da lente efetiva do olho. c) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma depois da retina e a cirurgia visa a diminuir a distância focal da lente efetiva do olho. d) Na miopia, a imagem do ponto remoto se forma antes da retina e a cirurgia visa a diminuir a distância focal da lente efetiva do olho. 7. (Ufsc 2019) Entre os cinco sentidos humanos, a visão é um dos mais importantes, por isso deve-se cuidar muito bem dos olhos. Ainda assim, defeitos visuais como miopia, hipermetropia e astigmatismo aparecem no decorrer da vida. Mas nada está perdido, pois os óculos são alternativas acessíveis e satisfatórias na melhoria da qualidade visual dos indivíduos. Considere o esquema do olho abaixo para responder aos itens da questão.Dados: 1 1 2 2 i P' 1 1 1 C A ; ; n ; n sen n sen O P f P P' v θ θ − = = = + = = a) Com base no esquema do olho abaixo, desenhe a imagem do objeto (seta) formada em um olho hipermetrope. b) b) Que tipo de lente esférica corrige o defeito da hipermetropia e que fenômeno óptico explica o funcionamento de uma lente esférica? c) Considere uma pessoa hipermetrope capaz de enxergar nitidamente quando seu ponto próximo é de 1,0 m. Nesse caso, qual a vergência Página 3 de 7 da lente corretiva para conjugar a imagem de um objeto no ponto próximo, se esse objeto estiver a 25 cm do olho? 8. (Uel 2019) Na figura, que se assemelha ao bulbo de um olho humano, é possível perceber algumas das suas estruturas, como a pupila e a íris. Com base nos conhecimentos sobre a óptica da visão, é correto afirmar que o olho com a) hipermetropia é caracterizado pela formação da imagem num ponto antes da retina. b) miopia é semelhante a uma lente de vidro plano-côncavo mergulhada em meio aquoso. c) hipermetropia é semelhante a uma lente de vidro côncavo-convexo mergulhada em meio aquoso. d) miopia tem a imagem formada depois da retina, e sua correção deve ser feita com lentes convergentes. e) miopia é caracterizado por apresentar uma convergência acentuada do cristalino. 9. (Ufrgs 2018) Muitas pessoas não enxergam nitidamente objetos em decorrência de deformação no globo ocular ou de acomodação defeituosa do cristalino. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas dos enunciados a seguir, na ordem em que aparecem. Para algumas pessoas a imagem de um objeto forma-se à frente da retina, conforme ilustrado na figura I abaixo. Esse defeito de visão é chamado de __________, e sua correção é feita com lentes __________. Em outras pessoas, os raios luminosos são interceptados pela retina antes de se formar a imagem, conforme representado na figura II abaixo. Esse defeito de visão é chamado de __________, e sua correção é feita com lentes __________. a) presbiopia − divergentes − hipermetropia – convergentes b) presbiopia − divergentes − miopia − convergentes c) hipermetropia − convergentes − presbiopia − divergentes d) miopia − convergentes − hipermetropia − divergentes e) miopia − divergentes − hipermetropia − convergentes 10. (Acafe 2016) Um professor resolveu fazer algumas afirmações sobre óptica para seus alunos. Para tanto, contou com o auxílio de óculos com lentes bifocais (figura abaixo). Esses óculos são compostos por duas lentes, uma superior para ver de longe e outra inferior para ver de perto. Com base no exposto acima e nos conhecimentos de óptica, analise as afirmações a seguir, feitas pelo professor a seus alunos. I. As lentes inferiores dos óculos são aconselhadas para uma pessoa com miopia. II. As lentes superiores são lentes divergentes. III. Pessoas com hipermetropia e presbiopia são aconselhadas a usar as lentes inferiores. lV. As lentes inferiores possibilitam que as imagens dos objetos, que se formam antes da retina, sejam formadas sobre a retina. V. As lentes inferiores podem convergir os raios do Sol. Todas as afirmações corretas estão em: a) III e IV. b) IV e V. c) II, III e V. d) I, II e III. 11. (Unesp 2016) Dentre as complicações que um portador de diabetes não controlado pode apresentar está a catarata, ou seja, a perda da transparência do cristalino, a lente do olho. Em situações de hiperglicemia, o cristalino absorve água, fica intumescido e tem seu raio de curvatura diminuído (figura 1), o que provoca miopia no paciente. À medida que a taxa de açúcar no sangue retorna aos níveis normais, o cristalino perde parte do excesso de água e volta ao tamanho original (figura 2). A repetição dessa situação altera as fibras da estrutura do cristalino, provocando sua opacificação. De acordo com o texto, a miopia causada por essa doença deve-se ao fato de, ao tornar-se mais intumescido, o cristalino ter sua distância focal a) aumentada e tornar-se mais divergente. b) reduzida e tornar-se mais divergente. c) aumentada e tornar-se mais convergente. d) aumentada e tornar-se mais refringente. e) reduzida e tornar-se mais convergente. 12. (Espcex (Aman) 2016) Um estudante foi ao oftalmologista, reclamando que, de perto, não enxergava bem. Depois de realizar o exame, o médico explicou que tal fato acontecia porque o ponto próximo da vista do rapaz estava a uma distância superior a 25 cm e que ele, para corrigir o Página 4 de 7 problema, deveria usar óculos com “lentes de 2,0 graus“, isto é, lentes possuindo vergência de 2,0 dioptrias. Do exposto acima, pode-se concluir que o estudante deve usar lentes a) divergentes com 40 cm de distância focal. b) divergentes com 50 cm de distância focal. c) divergentes com 25 cm de distância focal. d) convergentes com 50 cm de distância focal. e) convergentes com 25 cm de distância focal. 13. (Ufmg 2012) Quando uma pessoa olha para um objeto, a imagem deste deve se formar sobre a retina. Algumas pessoas, por terem um defeito de visão, veem objetos próximos fora de foco, enquanto os distantes ficam mais bem focados. Outras pessoas têm o defeito contrário – ou seja, os objetos distantes são vistos fora de foco e os próximos, mais nitidamente. Elmo é um professor de Física portador de um desses dois defeitos e, para corrigi-lo, ele precisa usar óculos. Nestas figuras, Elmo está sem óculos, à esquerda, e com seus óculos, à direita. Como se pode notar na figura da direita, os óculos fazem com que os olhos de Elmo pareçam maiores. a) A lente dos óculos de Elmo é convergente ou divergente? Justifique sua resposta. b) Nesta figura, está representado um dos olhos de Elmo, sem óculos, e dois raios de luz que vêm de um objeto muito distante: Desenhe, nessa figura, a continuação dos dois raios para indicar em que ponto se forma a imagem do objeto. Explique seu raciocínio. 14. (Fuvest 2019) Três amigos vão acampar e descobrem que nenhum deles trouxe fósforos. Para acender o fogo e fazer o almoço, resolvem improvisar e prendem um pedaço de filme plástico transparente num aro de “cipó”. Colocam um pouco de água sobre o plástico, formando uma poça de aproximadamente 14 cm de diâmetro e 1cm de profundidade máxima, cuja forma pode ser aproximada pela de uma calota esférica. Quando o sol está a pino, para aproveitamento máximo da energia solar, a distância, em cm, entre o centro do filme e a palha seca usada para iniciar o fogo, é, aproximadamente, Note e adote: - Para uma lente plano-convexa, 1 1 (n 1) , f R = − sendo n o índice de refração da lente e R o seu raio de curvatura. - Índice de refração da água 1,33.= a) 75 b) 50 c) 25 d) 14 e) 7 15. (Fuvest 2013) A extremidade de uma fibra ótica adquire o formato arredondado de uma microlente ao ser aquecida por um laser, acima da temperatura de fusão. A figura abaixo ilustra o formato da microlente para tempos de aquecimento crescentes (t1<t2<t3). Considere as afirmações: I. O raio de curvatura da microlente aumenta com tempos crescentes de aquecimento. II. A distância focal da microlente diminui com tempos crescentes de aquecimento. III. Para os tempos de aquecimento apresentados na figura, a microlente é convergente. Está correto apenas o que se afirma em (Note e adote: a luz se propaga no interior da fibra ótica, da esquerda para a direita, paralelamente ao seu eixo; a fibra está imersa no ar e o índice de refração do seu material é 1,5.) a) I. b) II. c) III. d) I e III. e) II e III. 16. (Unesp 2009) É possível improvisar uma objetiva para a construção de um microscópio simples pingando uma gota de glicerina dentro de um furo circular de 5,0 mm de diâmetro, feito com um furador de papel em um pedaço de folhade plástico. Se apoiada sobre uma lâmina de vidro, a gota adquire a forma de uma semiesfera. Dada a equação dos fabricantes de lentes para lentes imersas no ar, ( ) 1 2 1 1 1 C n 1 f R R = = − + , e sabendo que o índice de refração da glicerina é 1,5, a lente plano-convexa obtida com a gota terá vergência C, em unidades do SI, de: a) 200 di. b) 80 di. c) 50 di. d) 20 di. e) 10 di. Página 5 de 7 Resposta da questão 1: a) O resultado é dado por: 2 2 212 8 62mm . 2 2 π π − b) O ponto próximo para a visão de uma pessoa que apresenta a variação da vergência de 2,5 di, ou seja, uma pessoa com hipermetropia é expressa pela Equação de Gauss ajustada para a vergência: N H 1 1 V d d = − Onde: V = vergência em dioptrias (di) que significa o inverso da distância focal da lente em metros; Nd é a distância mínima de visão para um olho normal; Hd é a distância mínima de visão para um olho hipermetrope. Substituindo os valores e calculando Hd , temos: 1 1 1 1 H H H H 1 1 1 1 2,5 m 4 m 2,5 m 1,5 m d 0,667 m 0,25 m d d d − − − −= − = − = = Resposta da questão 2: [B] A estrutura do olho análoga à imagem invertida utilizada na figura é a retina. Quando a imagem é formada na retina, esta é reduzida e invertida. Ao chegar ao córtex cerebral, ela é processada. Resposta da questão 3: [C] A miopia se caracteriza pela dificuldade de focalizar objetos distantes e a correção exige o uso de lentes divergentes. Resposta da questão 4: 02 + 04 + 08 + 64 = 78. [01] Falsa. A hipermetropia provoca efeito contrário a miopia, pois o indivíduo tem dificuldade de enxergar objetos próximos com nitidez, enquanto na miopia a visão é embaçada para objetos mais longe do observador. [02] Verdadeira. O foco da lente tem relação com a sua curvatura, sendo essa relação chamada de equação dos fabricantes de lentes. [04] Verdadeira. A refração faz o raio luminoso ser desviado ao atravessar meios diferentes. [08] Verdadeira. O infravermelho é a faixa do espectro das ondas eletromagnéticas em que o calor dos objetos é emitido. [16] Falsa. A presbiopia é causada pela incapacidade da musculatura ocular de ajustar o globo ocular para visão de objetos próximos ocasionada a partir dos 40 anos de idade. É também conhecida popularmente como “vista cansada”. [32] Falsa. Para a miopia utiliza-se lentes divergentes. [64] Verdadeira. Por esse motivo utiliza-se lentes convergentes para corrigir o problema. Resposta da questão 5: [D] A redução da pupila permite que os feixes de luz refratados para o interior dos olhos sejam mais estreitos, e com isso incidam quase paralelamente ao eixo óptico da pupila, possibilitando menores desvios e melhor resolução da imagem. Resposta da questão 6: [A] A miopia consiste na formação da imagem antes da retina, e a sua correção pode se dar com o aumento da distância focal do olho. Resposta da questão 7: a) Abaixo a construção da imagem para um olho hipermetrope. b) Para solucionar o problema do olho hipermetrope devemos usar uma lente convergente. O fenômeno óptico que explica o funcionamento das lentes esféricas é a refração. c) A distância focal ( )f corretiva par o olho hipermetrope é dada pela equação de Gauss, onde a distância da imagem ( )p' deve ser de 25 cm (ponto próximo do olho normal) e a distância do objeto ( )p deve ser de 1m− (ponto próximo do hipermetrope). A vergência ( )V da lente corretiva é o inverso da distância focal. 1 1 1 1 1 1 1 V 3 di f P P' f 0,25 m 1m f 1 f m 33,3 cm 3 = + = − = = = = Resposta da questão 8: [E] A hipermetropia é caracterizada pela formação da imagem depois da retina (olho pequeno) dificultando a visão de objetos em detalhes de perto, necessitando-se de lentes convergentes para correção do problema. Na miopia ocorre o oposto: a formação da imagem se dá antes da retina (olho grande) dificultando a visão de objetos mais distantes, recomendando-se o uso de lentes divergentes para a correção. Resposta da questão 9: [E] A formação de imagens antes da retina é chamada de miopia (1ª lacuna) e depois da retina chama-se hipermetropia (3ª lacuna) e suas correções impõe a utilização de lentes divergentes (2ª lacuna) e convergentes (4ª lacuna). Assim, a alternativa correta é letra [E]. Resposta da questão 10: [C] [I] Falsa. As lentes inferiores são para leitura e, portanto, não servem para quem tem miopia que necessitam melhorar a visão para longe. [II] Verdadeira. As lentes superiores são divergentes indicadas para a miopia, corrigindo a visão para maiores distâncias. [III] Verdadeira. As lentes inferiores são para pessoas com dificuldade de leitura, indicadas para pessoas com hipermetropia ou presbiopia. [IV] Falsa. Como são feitas de lentes convergentes, elas corrigem o foco que está depois de retina para que se forme sobre a retina. RESOLUÇÃO Página 6 de 7 [V] Verdadeira. Por esse motivo são chamadas de lentes convergentes. Resposta da questão 11: [E] Considerando o cristalino uma lente biconvexa simétrica e que as duas faces estejam em contato como o mesmo meio, pela equação do fabricante de lente, tem-se: ( ) ( ) ( )rel rel rel 1 1 1 1 2 1 n 1 n 1 f R. f R R f R 2 n 1 = − + = − = − A distância focal é diretamente proporcional ao raio de curvatura. Assim, se o raio de curvatura diminui, o cristalino tem sua distância focal reduzida. Da equação da vergência, 1 V , f = a vergência é inversamente proporcional à distância focal. Então, se a distância focal é reduzida, o cristalino torna-se mais convergente. Resposta da questão 12: [D] Pelo descrito no enunciado, o estudante não enxergava bem pois o seu ponto próximo era superior a 25 cm. Este tipo de problema é característico do problema de visão chamado hipermetropia. Para correção deste, é necessária uma lente convergente. Como é dado que a vergência da lente a ser usada é de 2 dioptrias, temos que: 11V m f 1 2 f f 50 cm − = = = Resposta da questão 13: a) A imagem dos olhos do professor Elmo é virtual, direita e MAIOR. A lente capaz de produzir esse tipo de imagem (para um objeto real) é convergente, conforme o esquema, sendo F e F’ os focos da lente. b) Se ele usa lente convergente, o sistema óptico formado somente pelo seu olho não está dando aos raios convergência suficiente para focalizá-los na retina. Isso significa que, quando sem óculos, a imagem está se formando depois da retina, conforme ilustra o esquema. Resposta da questão 14: [A] Representação da situação descrita no enunciado: Formou-se uma lente plano-convexa, cujo raio de curvatura R pode ser obtido aplicando-se o teorema de Pitágoras no triângulo retângulo da figura: ( ) 22 2 2 2R R 1 7 R R 2R 1 49 2R 50 R 25 cm = − + = − + + = = Aplicando a equação fornecida: ( ) ( ) 1 1 1 1 n 1 1,33 1 f R f 25 1 0,33 25 f f 75 cm 1f 25 3 = − = − = A distância entre o centro da lente e a fonte de calor deve ser igual a distância focal. Logo, a distância entre o centro do filme e a palha seca deve ser de aproximadamente 75 cm. Resposta da questão 15: [E] Analisando cada uma das afirmativas. I. Incorreta. A figura ilustra os perfis adquiridos pela microlente com os tempos crescentes de aquecimento. Nota-se nela que R3 < R2 < R1. Assim, o raio de curvatura da microlente diminui com os tempos crescentes de aquecimento. II. Correta. De acordo com a equação do fabricante de lentes (I), a vergência (V) de uma lente plano convexa é dada pela expressão: lente meio n 1 V 1 (I) n R 1 f (II) V = − = Ela nos mostra que à medida que o raio de curvatura diminui a vergência aumenta.A expressão (II) mostra que a distância focal é o inverso da vergência. Portanto, a distância focal da microlente diminui com os tempos crescentes de aquecimento. Página 7 de 7 III. Correta. Como são lentes plano-convexas imersas no ar, e o índice de refração do material da fibra (nlente = 1,5) é maior que o do meio (nar = 1), a microlente tem vergência positiva. Logo, a microlente é convergente. Resposta da questão 16: [A] Para a face plana, o raio de curvatura tende a infinito, portanto 1 R tende a zero. Para a face esférica, –3R 2,5 mm 2,5 10 m.= = Sendo n = 1,5, aplicando a equação dada, vem: ( ) 3 3 1 0,5 C 1,5 1 2,5 10 2,5 10 C 200 di. − − = − = =