Portal do Professor - Formação de imagens em lentes convergentes e projetor de cinema
Formação de imagens em lentes convergentes e projetor de cinema
Caracterizar as imagens formadas em uma lente convergente.
Verificar que apenas imagens reais são projetáveis.
Identificar os fenômenos ópticos presentes em um projetor de cinema.
Elementos geométricos das lentes esféricas;
Raios notáveis em lentes esféricas.
Esta aula possui uma explicação sobre a formação de imagens em lentes convergentes e um simulador que será utilizado para fixar a idéia de que apenas imagens reais são projetáveis. No final, será apresentado o funcionamento de um projetor de cinema, dando ênfase aos fenômenos e elementos ópticos.
Inicie a aula instigando os alunos a compreender como uma projeção de cinema funciona. Se possível, leve um retroprojetor e provoque-os a explicar qual a relação entre a imagem fornecida por um retroprojetor e a imagem de um projetor de cinema.
Figura 1: Retroprojetor e projetor de cinema
Disponível em: http://www.emule.com.br/lista.php?keyword=Eumig acesso em 12/09/2010
Disponível em: http://www.raccoeventos.com.br/orcamento.php acesso em 12/09/2010
Tendo o retroprojetor disponível, leve transparências para a aula, e mostre aos alunos o que acontece quando se afasta ou se aproxima a lente da base de projeção. Eles deverão perceber que não é para qualquer ponto que a imagem da transparência fica nítida.
Explique para os alunos que as imagens são caracterizadas através de uma comparação com o objeto utilizado. Uma mesma imagem possui três características que são levadas em conta: a natureza (real, imprópria e virtual), o tamanho (menor, igual ou maior) e a orientação da imagem (direita ou invertida).
É importante frisar com seus alunos que a imagem real (figuras 2, 3 e 4) é formada pelo cruzamento dos raios refratados enquanto a imagem virtual (figura 6) é formada pelo cruzamento dos PROLONGAMENTOS dos raios refratados. No entanto, se os raios refratados não se cruzarem (figura 5), não ocorrerá formação de imagem, o que para muitas literaturas é chamado de imagem imprópria. Também explique para eles que uma imagem direita (figura 6) quando permanece do mesmo lado do eixo principal, isto é, se o objeto está na parte de cima do eixo principal a imagem também estará na parte de cima. Já na imagem invertida (figura 2, 3 e 4), o objeto e a imagem ficam de lados opostos, isto é, se o objeto está do lado de cima do eixo principal, a imagem estará se formando do lado de baixo.
ATENÇÃO: Nas figuras 2, 3, 4, 5 e 6 considere que A é o antifoco, F é o foco, O é o centro óptico e que os raios sempre partem do objeto real que está a esquerda da lente. Vale lembrar que na imagem 6, o objeto e a imagem estarão à esquerda da lente, pois a imagem formada será virtual.
Figura 2: Objeto além do antifoco
Figura 3: Objeto sobre o antifoco
Figura 4: Objeto entre o antifoco e o foco
Figura 5: Objeto sobre o foco
Figura 6: Objeto entre o foco e o centro óptico
As figuras 2, 3, 4, 5 e 6 estão disponíveis em http://www.objetivocatalao.com.br/geraldo/material/paies/etapa2/optica/Optica_Aula04.pdf acesso em 17/10/2010.
Formação de imagem em lentes convergentes
Você poderá separar os alunos em duplas e disponibilizar o recurso 1. Neste recurso, você encontra a definição de lentes convergentes, determinação do foco, conceito de distância focal, características das imagens formadas, a partir de um objeto real, em lentes convergentes e uma animação interativa em que o aluno pode aproximar ou afastar o objeto da lente convergente.
Recurso 1: Lentes convergentes
Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=28610 acesso em 12/09/2010
Com base na animação assistida no recurso 1, você poderá entregar as seguintes perguntas:
1) O que é uma lente convergente?
2) Como determinamos o foco de uma lente convergente?
3) O que é a distância focal?
4) Em que ponto e como ocorre a formação das imagens?
5) Onde deveria ser colocado um objeto para que ele tivesse seu tamanho aumentado o máximo possível?
6) Por que uma lente, quando olhamos através dela, produz a ampliação ou redução da imagem do objeto?
Caracterizando as imagens formadas por uma lente convergente
Depois que os alunos responderam as perguntas referentes ao recurso 1, disponibilize o recurso 2.
Recurso 2: Simulador de imagens em uma lente convergente
Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=16277 acesso em 12/09/2010
Neste recurso será possível realizar a projeção de imagens em um anteparo. Este recurso poderá dar aos alunos uma percepção melhor de como funcionam os projetores.
Neste recurso será realizada a caracterização das imagens formadas em uma lente convergente.
Os alunos deverão selecionar, no recurso 2, os itens: "marginal rays", "virtual image", "ruler" e colocar 0,3 em "curvature radius(m)". Caso eles queiram, podem modificar o objeto clicando em "change object". A orientação de colocar o raio de curvatura em 0,3 m é para facilitar a visualização das imagens formadas, mas isso não impede que você oriente-os a utilizar outros valores.
Figura 2: Imagem da atividade 2
Disponível em: http://phet.colorado.edu/sims/geometric-optics/geometric-optics_en.html acesso em 12/09/2010
Desenvolva a familiaridade dos alunos com a ferramenta explicando que eles podem alterar a imagem formada mexendo no objeto ou na lente. A régua que apareceu no recurso quando foi selecionado "ruler" também pode ser movida.
Após a familiarização, peça para que eles determinem as características do objeto quanto a natureza, tamanho e orientação quando:
1) o objeto está a 180 cm da lente (para determinar está medida, basta utilizar a régua do recurso alinhando o seu último risquinho sobre o centro da lente e colocando o objeto no primeiro risquinho da régua);
2) o objeto está a 40 cm da lente;
3) sobre o foco;
4) entre o foco e a lente.
Neste recurso será possível simular o funcionamento de um projetor levando em consideração apenas a lente utilizada pelos projetores. Explique para seus alunos que a tela preta (localizada após a lente) representa a tela de projeção (que pode ser a parede, a tela de projeção de cinema, etc.).
Agora eles deverão selecionar os itens: "screen", "marginal rays", "virtual image", "ruler" e coloquem 0,3 em "curvature radius(m)". A orientação de colocar o raio de curvatura em 0,3 m é para facilitar a visualização das imagens formadas, mas isso não impede que você oriente-os a utilizar outros valores.
Figura 3: Imagem da atividade 3
Aparecerá um projetor e uma tela para projeção. Desenvolva a familiaridade dos alunos com a ferramenta demonstrando que é possível mover o projetor, a tela de projeção e a lente. Explique para eles que a imagem do objeto projetado ficará nítida somente quando o anteparo for colocado no ponto de cruzamento dos raios refratados - visto que é neste ponto que ocorre a formação da imagem.
Após a adaptação dos alunos com o software, peça para que eles repitam as posições do objeto utilizadas na atividade 2 e anotem em que pontos serão possíveis ajustar a tela de projeção sobre o cruzamento dos raios refratados.
1) Quais características (natureza, tamanho e orientação) se repetiram para as imagens que puderam ser projetadas?
2) Com base na imagem formada pelo retroprojetor em sala de aula (maior, invertida e real) qual deve ser o ponto em que o objeto (transparência) deve ser colocado?
Projeção de cinema:
Apresente para os alunos o link "Como as coisas funcionam? (How Stuff Works?) –Como funcionam os projetores cinematográficos":
http://lazer.hsw.uol.com.br/projetores-de-filmes.htm acesso em 12/09/2010
Figura 4: Componentes de um projetor cinematográfico
Disponível em: http://lazer.hsw.uol.com.br/projetores-de-filmes1.htm acesso em 12/09/2010
Você também pode apresentar os vídeos a seguir que trarão mais informações sobre o funcionamento dos projetores. Cada vídeo possui, em média, dois minutos de apresentação.
Como funcionam os projetores de cinema - parte 1: http://www.youtube.com/watch?v=qcP4a3d9UXA acesso em 12/09/2010
Como funcionam os projetores de cinema - parte 2: http://www.youtube.com/watch?v=fiBA_uIS6d0&feature=channel acesso em 12/09/2010
Projeção de Cinema: http://www.youtube.com/watch?v=uxuXau5DBl4&feature=related acesso em 12/09/2010
Agora peça para que os alunos identifiquem os fenômenos e os elementos ópticos presentes em um projetor. Monte, com eles, uma lista com os fenômenos que eles forem citando. É importante que não falte na lista a propagação retilínea dos raios, o fenômeno da refração, a natureza da imagem formada em um projetor e a posição da tela de projeção.
Você poderá utilizar também este vídeo em espanhol que possuí informações sobre lentes convergentes:
Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=r1pUipwSEsg&NR=1 acesso em 12/09/2010
Informações sobre os novos projetores de cinema e seu funcionamento:
Disponível em: http://www.gizmodo.com.br/conteudo/novos-projetores-de-cinema-oferecem-qualidade-de-imagem-superior acesso em 12/09/2010
Funcionamento do retroprojetor:
Disponível em: http://facilaprenderfisica.blogspot.com/2007/02/como-funciona-um-retroprojetor-o.html acesso em 12/09/2010
Os alunos poderão ser avaliados durante a participação nas aulas, principalmente na elaboração da lista dos fenômenos e dos elementos ópticos presentes em um projetor de cinema. Também é importante a entrega dos questionários referentes às atividades 1, 2 e 3.