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ROBERTO VAMOS/TYBA
Capítulo 1
Aspectos Básicos
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ÓPTICA GEOMÉTRICA
É a parte da Física que estuda os fenômenos
relacionados com a luz e sua interação com meios
materiais quando as dimensões destes meios é
muito maior que o comprimento de onda da luz.
- Natureza corpuscular da luz
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1.1 - VELOCIDADE DA LUZ
A velocidade da luz no vácuo é de cerca de
300.000 km/s.
Ano luz – é a distância que a luz percorre em 1
ano no vácuo
1 ano luz = 1013 km
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1.2- FONTES DE LUZ
• As fontes de luz podem ser de 2 tipos:

Primárias ou luminosas  São aquelas que
produzem a própria luz que emitem. Se dividem
em INCANDESCENTES E LUMINESCENTES.
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
Secundárias ou iluminadas  São aquelas que
refletem a luz que outras fontes emitem.
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1.3- RAIOS DE LUZ
• São segmentos de reta orientados que representam o
sentido de propagação da luz e auxiliam na construção
de imagens em diversos sistemas ópticos.
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1.4- FEIXE DE LUZ
• É um conjunto de raios de luz. Pode ser de 3 tipos:

Convergentes
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
Divergentes
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
Paralelos
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1.5- INTERAÇÃO DA LUZ COM MEIOS
MATERIAIS
• Podemos classificar os meios materiais de
acordo com a forma com que a luz se propaga
(ou não) nos mesmos.
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– Meios Transparentes  Permitem que a luz se
propague neles mantendo o paralelismo dos raios
luminosos. Permitem que os objetos possam ser
vistos nitidamente.
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– Meios Translúcidos Permitem que a luz se propague
neles sem a manutenção no paralelismo dos raios
luminosos, acabando a nitidez da visualização dos
objetos.
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– Meios Opacos Não permitem a propagação da luz.
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1.6- REFLEXÃO DA LUZ
• Quando um feixe de luz atinge uma superfície
de separação entre 2 meios pode ocorrer um
fenômeno conhecido como reflexão.
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– Reflexão  É o fenômeno no qual o feixe de luz atinge a
superfície de separação entre 2 meios e retorna ao meio
onde já se encontrava propagando. Pode ser de 2 tipos:

Regular: Normalmente ocorre em superfícies lisas e polidas.
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

Difusa: Ocorre em superfícies rugosas
OBS: A quase totalidade dos objetos que enxergamos em nosso
dia-a-dia refletem a luz de forma difusa.
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UM POUCO SOBRE AS CORES DOS OBJETOS
– Absorção  Neste fenômeno parte da energia do feixe de luz é
absorvida pela superfície de separação entre 2 meios.
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• Um feixe de luz pode ser monocromático (quando
possui apenas uma cor associada a ele) ou
policromático (quando possui várias cores em sua
composição).
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• A luz do sol, por exemplo, é policromática e possui uma
infinidade de cores em sua composição, as quais
podem ser divididas em 7 cores principais.
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1.7- PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DA LUZ
Nos meios homogêneos, isotrópicos e transparentes,
a luz se propaga em linha reta.
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• Princípio da Independência dos Raios Luminosos.
– Quando 2 ou mais feixes luminosos se interceptam
em sua trajetória eles não modificam suas
características após a interferência.
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CONSEQUÊNCIAS DA PROPAGAÇÃO
RETILINEA DA LUZ
- Formação de sombras
- Determinação da Altura de Objetos por Semelhança de
Triângulos.
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Solução
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• Eclipses
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• Eclipses
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CONSEQUÊNCIAS DA PROPAGAÇÃO
RETILINEA DA LUZ
• Sombra e Penumbra.

Fontes puntiformes ou pontuais podem produzir
apenas sombra.
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
Fontes extensas produzem sombra e penumbra.
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• Formação de Imagens no Interior de Câmaras Escuras.
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Relação Geométrica
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Capítulo 2
Espelhos Planos
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ROBERTO VAMOS/TYBA
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
Vamos adotar a seguinte nomenclatura:
I  Raio incidente no espelho;
N  Reta normal à superfície do espelho no ponto onde
o raio de luz o atinge;
R  Raio refletido associado ao raio incidente.
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• As Leis da Reflexão Regular:
– 1a – O raio incidente, a normal e o raio refletido são
co-planares.
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– 2a – O ângulo formado entre o raio incidente e a
normal (i) é igual ao ângulo formado entre o raio
refletido e a normal (r).
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CONSTRUÇÃO DAS IMAGENS
• Para que um observador consiga ver a imagem
refletida pelo espelho é preciso que raios
provenientes do objeto sejam refletidos pelo
espelho e alcancem seu olho. Isto pode
acontecer para diferentes posições do
observador.
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• Nos espelhos planos as imagens se formam por reflexão
regular. Vamos estudar agora como as imagens se
formam e algumas de suas propriedades.
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p
i
q
q
q
q
i=-p
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Características das imagens dos espelhos planos
Virtual: formada pelo cruzamento dos prolongamentos dos
raios refletidos.
Direita: os pontos dos objetos estão na mesma posição vertical
que os pontos da imagem.
Oposta: o lado esquerdo do objeto corresponde ao lado direito
da imagem.
Simétrica: a distância entre a imagem e o objeto do espelho
são iguais.
Tamanho: O tamanho da imagem e do objeto são iguais.
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TAMANHO DE ESPELHOS
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TRANSLAÇÃO DE UM ESPELHO PLANO
Quando um espelho plano se desloca uma distância d do observador
sua imagem desloca-se uma distância D = 2d. Vejamos.
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ROTAÇÃO DE UM ESPELHO PLANO
Utilizando um raciocínio análogo, podemos pensar sobre o que
acontece com um raio de luz, refletido por um espelho plano, ao
rotacionarmos o espelho de um ângulo θ:
Temos que Δ = 2θ, ou seja, o raio refletido sofre uma rotação igual a
duas vezes o ângulo de rotação do espelho.
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ASSOCIAÇÃO DE ESPELHOS PLANOS
Quando dois espelhos planos são associados formando um ângulo alfa
entre eles haverá a formação de n imagens, onde n obedece à seguinte
relação:
Obs: O ângulo alfa deve ser expresso em graus.
CUIDADO: Quando a relação entre os ângulos (360º/alfa) for um número par,
o ponto objeto P poderá assumir qualquer posição entre os dois espelhos,
mas se for um número ímpar, o ponto objeto P, deverá ser posicionado no
plano bissetor de alfa.
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MOMENTO DA DIVERSÃO
O ângulo formado por dois espelhos planos angulares é o
quíntuplo do número de imagens obtidas de um único
objeto pela associação.
a) Qual o número de imagens formadas?
b) Qual o ângulo formado entre os espelhos?
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CAMPO VISUAL DE UM ESPELHO PLANO
Você já deve ter percebido que, quando observamos um
espelho plano, se mudarmos a nossa posição diante dele,
também alteramos aquilo que está sendo visto através do
espelho. É igual ao que ocorre quando olhamos através de
uma janela. Se mudarmos a nossa posição diante dela,
também alteraremos a visualização da paisagem que está do
outro lado. A região do espaço que é possível ser vista
através do espelho é chamada de campo visual.
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ROBERTO VAMOS/TYBA
Capítulo 3
Espelhos Esféricos
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Introdução
• Os espelhos esféricos são calotas esféricas polidas.
Côncavo
Convexo
Polido por dentro
Polido por fora
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Espelhos Esféricos – Elementos
E.S.
E.P.

C
R
V
• Centro de Curvatura (C): É o centro da
superfície esférica.
• Raio de Curvatura (R): É o raio da
superfície esférica.
• Vértice (V): É o pólo da calota
esférica.
• Eixo Principal (E.P.): É a reta definida
pelo centro de curvatura e pelo vértice.
• Eixo Secundário (E.S.): É qualquer reta
que passa pelo centro de curvatura mas
não passa pelo vértice.
• Ângulo de Abertura (): É o ângulo
plano
determinado
pelos
eixos
secundários que passam por pontos
diametralmente opostos do contorno
do espelho.
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Focos dos Esp. esféricos
• Nos espelhos esféricos quando um feixe de raios luminosos incide
paralelamente ao eixo principal, as direções dos raios refletidos passam,
necessariamente, por um mesmo ponto do eixo principal denominado
Foco Principal ( F ).
C
F
F
Espelho côncavo
Espelho convexo
Foco Real
Foco Virtual
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C
Condições de Gauss
• Os espelhos devem ter um pequeno ângulo de abertura (10º).
• Os raios incidentes sobre o espelho devem ser paralelos ou pouco
inclinados em relação ao eixo principal e próximos do mesmo.
• Em nosso curso, salvo recomendação em contrário, todos os
espelhos esféricos obedecem às condições de Gauss.
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Não satisfaz as condições de Gauss
Satisfaz as condições de gauss
Formação das imagens
Espelho convexo
V
O
I
F
C
Características da Imagem: Virtual, Direita e Reduzida
Esse é o único tipo de imagem que esse espelho conjuga!!!
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• Objeto real na frente do espelho
O
I
V
F
C
• Imagem:
 Virtual, direita e menor
 “atrás do espelho”
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Formação das Imagens
Esp. côncavo
•
Objeto real situado no infinito.
O 
I
C
F
V
• Imagem:
 Real
 em F
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Espelho côncavo
1o Caso: Objeto colocado além do centro de curvatura.
V
O
C
I
F
Características da Imagem: Real, Invertida e Reduzida
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• Objeto real situado antes do centro de curvatura.
O
C
F
V
I
• Imagem:
 real, invertida e menor
 Entre C e F
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2o Caso: Objeto colocado no centro de curvatura.
O
V
C
F
I
Características da Imagem: Real, Invertida e Igual
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• Objeto real situado sobre o centro de curvatura.
O
I
C
F
V
• Imagem:
 real, invertida e igual
 em C
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3o Caso: Objeto colocado entre o centro de curvatura e o foco
O
V
C
F
I
Características da Imagem: Real, Invertida e Ampliada
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•
Objeto real situado entre o centro e o foco.
O
I
C
F
V
• Imagem:
 real, invertida e maior
 Depois de C
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4o Caso: Objeto colocado no foco
O
V
C
F
Características da Imagem: Tal composição não conjuga imagem
ou conjuga imagem no infinito.
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•
Objeto real situado sobre o foco.
O
C
F
V
I 
• Imagem:
 imprópria
 No infinito
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5o Caso: Objeto colocado entre o foco e o vértice.
I
O
V
C
F
Características da Imagem: Virtual, Direita e Ampliada
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•
Objeto real situado entre o foco e o vértice.
I
O
C
F
V
• Imagem:
 Virtual, direita e maior
 “atrás do espelho”
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Espelhos Esféricos – Estudo Analítico
Equação de Gauss
1
1
1
 
f
p p'
f 
R
2
f = distância focal
p = distância do objeto ao vértice.
p’ = distância da imagem ao
vértice.
R = raio do espelho.
Convenção de sinais:
Real  +
Virtual  −
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Ampliação ou Aumento Linear Transversal
I
p'
A 
O
p

A = Ampliação, é um número adimensional.
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Ampliação da imagem
Para resultados de A:
-
Negativos: imagem invertida.
Positivos: imagem direita.
|A|>1: imagem ampliada.
0<|A|<1: imagem reduzida.
|A|=1: imagem igual.
Obs.: O |A| é o fator de ampliação ou redução da imagem.
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Exemplo: Espelho côncavo
do
fo
V
O
C
I
F
di
VIRTUAL: NEGATIVO
REAL: POSITIVO
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Exemplo: Espelho côncavo
do
fo
V
O
I
C
F
di
VIRTUAL: NEGATIVO
REAL: POSITIVO
Determinar di quando temos que do = 30cm e R=20cm.
R
fo 
2
20cm
fo 
2
fo  10cm
1
1 1
 
fo di do
1
1 1
 
10 di 30
1
1 1
 
di 10 30
1 3 1

di 30
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1
2

di 30
30
di 
2
di  15cm
No exemplo anterior...
i) Determinar di quando temos que do = 30cm e R=20cm.
di  15cm
fo  10cm
ii) Determinar a ampliação da imagem.
A
di
do
A
15cm
30cm
A  0,5
Conclusões:
- a imagem está a 15cm do vértice do espelho no plano real;
- é invertida porque A é negativo;
- é reduzida porque |A| é menor que um.
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Exercícios

Um observador, situado a 60cm de um espelho esférico, vê sua imagem direita e
ampliada duas vezes. Determine a distância focal e o tipo do espelho.
 p  60cm

Imagem direita  Im. virtual

I
2
I  2  O 
O

f  ?

tipo de espelho?
I
p'
p'
  2
O
p
p
p '  2  p Im. virtual
p '  2  60  120cm
1 1 1
1
1
1
   

f
p p'
f 60  120
1 2 1
1
1

 
f 120
f 120
f  120cm  f ( )  Esp.côncavo
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Exercícios

Utiliza-se um espelho esférico côncavo, de 60cm de raio, para projetar
sobre uma tela a imagem de uma vela ampliada em 5 vezes. Qual a
distância da vela ao espelho?
R  60cm
Im.projetada Im.real

I

I  5  O  O  5

 p  ?
I
p´
p´
     5
O
p
p
p '  5  p Im.real
R 60
f  
 30cm foco real
2 2
1 1 1
1 1
1
  
 
f
p p'
30 p 5  p
1 5 1
1
6



30 5  p
30 5  p
p  36cm
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Exercícios

Dois espelhos côncavos são colocados um em frente ao outro, com seus
pontos focais localizados sobre uma mesma reta. Considerando os raios
luminosos indicados na figura, quais as distâncias focais dos espelhos 1 e
2?
espelho 1
espelho 2
C1
R1
24
f1 

2
2
f 1  12cm
F2
R1
f2
24cm
36cm
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f 2  36cm
ROBERTO VAMOS/TYBA
Capítulo 4
Refração da luz – Aspectos Básicos
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Luz branca

É formada por uma infinidade de radiações monocromáticas
(policromática).

Espectro visível ao olho humano:
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•Passagem da luz de um
meio a outro, envolvendo
mudança na velocidade
de propagação.
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SYLVIA CORDAIY PHOTOLIBRARY/ALAMY/OTHER-IMAGES
Refração da luz
No vácuo: 3 108 m/s.
•
Em outro meio: depende da densidade deste.
SCIENCE PHOTOS/ALAMY/OTHER-IMAGES


Velocidade da luz (c)
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Índice de refração absoluto (n)
•É a razão entre a velocidade da luz no vácuo c e a
velocidade da luz no meio considerado v:
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Índices de refração de alguns meios
materiais
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Leis da refração
^
(Snell-Descartes):
a razão entre o seno do ângulo ^de
incidência ( i ) e o seno do ângulo de refração ( r )
depende apenas dos meios nos quais a luz se propaga.
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Consequências da lei de SnellDescartes
(Diminuição
de velocidade)
Meio
1
Meio
2
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Consequências da lei de SnellDescartes
(Aumento de
velocidade)
Meio
1
Meio
2
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Consequências da lei de SnellDescartes
Meio 1
Meio 2
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SCIENCE PHOTOS/ALAMY/OTHER-IMAGES
Refração em um bloco de vidro
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Já sabe responder?
• Por que as estrelas parecem piscar no céu?
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ROBERTO VAMOS/TYBA
Capítulo 5
Reflexão total
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REFLEXÃO TOTAL
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Ângulo limite
É o menor ângulo de incidência da luz em uma superfície de separação
entre dois meios a partir do qual ela é totalmente refletida.
N
N
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Determinação do ângulo limite
N
2 Reflexão total
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Redução do campo de visão
2 Reflexão total
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Luz branca
Menos do que
24º, de modo
que toda luz é
refratada.
Mais do que
24º, de modo que
toda luz é refletida
Internamente.
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GEORGE B. DIEBOLD/CORBIS/LATINSTOCK
O brilho dos diamantes
Miragem na estrada
2 Reflexão total
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Miragem na estrada
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Miragem no deserto
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Miragem no deserto
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KEVIN CURTIS/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK
Fibras ópticas
Núcleo
Casca
Bainha
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Isolamento
Capa
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Já sabe responder?
• A luz pode fazer curvas?
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ROBERTO VAMOS/TYBA
Capítulo 6
Refração em dioptros planos
e em lâminas de faces paralelas
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Dioptro plano
N
Imagem
Objeto
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Refração no dioptro plano
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Refração no dioptro plano
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Refração atmosférica
Posição
aparente
Atmosfera
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Refração negativa
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Refração negativa
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Lâmina de faces paralelas
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Lâmina de faces paralelas
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Lâmina de faces paralelas – dupla
refração
Ar
Vidro
Ar
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Já sabe responder?
•Por que a
profundidade de
uma piscina
parece diminuir
quando ela está
cheia de água?
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ROBERTO VAMOS/TYBA
Capítulo 7
Dispersão da luz / prismas
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Dispersão da luz
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Prisma óptico
Aresta
Base
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Como se forma o arco-íris ?
SHIGEJI ASANO/CORBIS/LATINSTOCK
•As gotas de água da chuva funcionam como prismas,
dispersando a luz branca em um arco colorido.
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Índices de refração: mesmo meio e luzes
diferentes
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Prismas de reflexão total
 Ângulo limite do vidro: cerca de 42°
 Em ângulos de incidência maiores  reflexão total da luz
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Periscópio
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Binóculo
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ALEXANDER FEDIACHOV/SHUTTERSTOCK
Já sabe responder?
É possível produzir
um arco-íris mesmo
sem chuva?
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Capítulo 8
Lentes Esféricas
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Classificação quanto ao formato
Bordas Finas
Representação
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Bordas Grossas
Representação
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Classificação Óptica
1º caso (nlente > nmeio)
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Classificação Óptica
2º caso (nlente< nmeio)
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Lentes Convergentes
Objeto antes do A
A imagem é:
•Menor
•Real
•Invertida
AO
FO
O
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FI
AI
Objeto sobre A
A imagem é:
•Mesmo Tamanho
•Real
•Invertida
AO
FO
O
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FI
AI
Objeto entre A e F
A imagem é:
•Maior
•Real
•Invertida
AO
FO
O
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FI
AI
Objeto sobre F
A imagem é:
•Imprópria
AO
FO
O
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FI
AI
Objeto Entre F e O
A imagem é:
•Maior
•Virtual
•Direita
AO
FO
O
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FI
AI
Objeto em qualquer posição
A imagem é:
•Menor
•Virtual
•Direita
AI
FI
O
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FO
AO
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Estudo Analítico das Lentes
p
f
y
AO
FO
O
FI
p
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y'
AI
1
1
1


f
p
p'
y'
p'
A

y
p
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ANÁLISE DE SINAIS
f 
p´
y' 
+ → Lente Convergente
- → Lente Divergente
+ → Imagem Real
- → Imagem Virtual
+ → imagem Direita
- → Imagem Invertida
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VERGÊNCIA OU CONVERGÊNCIA DE UMA LENTE
Como apresentado anteriormente quanto maior o
desvio, menor a distância focal. Portanto, define-se a
convergência de uma lente pela expressão:
V = 1/F
Quando a distância focal é dada em metros (m) a
convergência é dada em m-1, e se chama dioptria (di),
popularmente é chamada de “grau” da lente.
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EQUAÇÃO DOS FABRICANTES DE LENTES
 nlente   1
1 
V  
 1.  
 nmeio   R1 R2 
  convexa


R    concâva
 plana 


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Instrumentos ópticos: microscópio simples
(lupa)
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Instrumentos ópticos: microscópio composto.
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Instrumentos ópticos: luneta astronômica
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Capítulo 9
Óptica da Visão
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O globo ocular humano
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Miopia
• A miopia se caracteriza pela dificuldade de enxergar
objetos muito longe, ou seja, no infinito.
• A imagem se forma antes da retina.
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Correção da Miopia
• A correção é feita mediante o uso de lentes divergentes, que
diminuem a vergência do sistema ocular:
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CORREÇÃO DA MIOPIA
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Correção da Hipermetropia
• A correção é feita com o uso de lentes convergentes, que
aumentam a vergência do sistema ocular:
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CORREÇÃO DA HIPERMETROPIA
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RESUMINDO OS DEFEITOS DA VISÃO
Problema
Miopia
Imagem antes
da retina
Hipermetropia
Imagem depois
da retina
Presbiopia
Astigmatismo
Correção
Divergente
(f  p R )
Convergente
1 1
1
( 
 )
f 25 p p
Imagem depois
da retina
Convergente
1 1
1
( 
 )
f 25 p p
Visão “manchada”
dos objetos
Cilíndrica
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RESUMINDO A ACOMODAÇÃO VISUAL
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RECEITA DE ÓCULOS
Dioptria esférica
Dioptria cilíndrica
Para longe
MIOPIA
(V˂0)
HIPERMETROPIA
(V˃0)
ASTIGMATISMO
Para perto
PARA IDOSOS
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C - Física Divertida