Dentre todas as aplicações da óptica geométrica, a que mais se destaca pelo seu uso no cotidiano é o estudo das lentes esféricas, seja em sofisticados equipamentos de pesquisa astronômica, ou em câmeras digitais comuns, seja em lentes de óculos ou lupas.
Chamamos lente esférica o sistema óptico constituido de três meios homogêneos e transparentes, sendo que as fronteiras entre cada par sejam duas superfícies esféricas ou uma superfície esférica e uma superfície plana, as quais chamamos faces da lente.
Para um estudo simples consideraremos que o segundo meio é a lente propriamente dita, e que o primeiro e terceiro meios são extamente iguais, normalmente a lente de vidro imersa em ar.
Tipos de lentes
Dentre as lentes esféricas que são utilizadas, seis delas são de maior importância no estudo de óptica, sendo elas:
Lente biconvexa
É convexa em ambas as faces e tem a periferia mais fina que a região central
Lente plano-convexa
É plana em uma das faces e convexa em outra, tem a perferia mais fina que a região central
Lente côncavo-convexa
Tem uma de suas faces côncava e outra convexa, tem a periferia mais fina que a região central.
Lente bicôncava
É côncava em ambas as faces e tem a periferia mais espessa que a região central
Lente plano-côncava
É plana em uma das faces e côncava em outra, tem a perferia mais espessa que a região central
Lente convexo-côncava
Tem uma de suas faces convexa e outra côncava, tem a periferia mais espessa que a região central.
Nomenclatura das lentes
Para seguir um padrão na nomentclatura das lentes é convencionado usar como primeiiro nome o da face de maior raio de curvatura seguido do menor raio, já que a mesma lente pode ter um lado côncavo e outro convexo.
Centro óptico
Para um estudo fundamental de lentes consideremos que as lentes apresentadas tenham espessura desprezível em comparação ao raio de curvatura, neste caso, ao se representar uma lente podemos usar apenas uma linha perpendicular ao eixo principal apresentando nas pontas do segmento o comportamento da lente. O ponto onde a representação da lente cruza o eixo principal é chamado de centro óptico da lente (O).
A representação usada paras as lentes é:
- Para lentes convergentes:
- Para lentes divergentes:
Comportamento óptico
Quanto ao comportamento de um feixe de luz ao ser incidido sobre uma lente podemos caracterízá-las como divergentes ou convergentes, dependendo principalmente dos índices de refração da lente e do meio. O estudo das lentes convergentes e divergentes é visto nas duas próximas seções.
Lentes esféricas convergentes
Em uma lente esférica com comportamento convergente, a luz que incide paralelamente entre si é refratada, tomando direções que convergem a um único ponto.
Tanto lentes de bordas finas como de bordas espessas podem ser convergentes, dependendo do seu índice de refração em relação ao do meio externo.
O caso mais comum é o que a lente tem índice de refração maior que o índice de refração do meio externo. Nesse caso, um exemplo de lente com comportamento convergente é o de uma lente biconvexa (com bordas finas):
Já o caso menos comum ocorre quando a lente tem menor índice de refração que o meio. Nesse caso, um exempo de lente com comportamento convergente é o de uma lente bicôncava (com bordas espessas):
Lentes esféricas divergentes
Em uma lente esférica com comportamento divergente, a luz que incide paralelamente entre si é refratada, tomando direções que divergem a partir de um único ponto.
Tanto lentes de bordas espessas como de bordas finas podem ser divergentes, dependendo do seu índice de refração em relação ao do meio externo.
O caso mais comum é o que a lente tem índice de refração maior que o índice de refração do meio externo. Nesse caso, um exemplo de lente com comportamento divergente é o de uma lente bicôncava (com bordas espessas):
Já o caso menos comum ocorre quando a lente tem menor índice de refração que o meio. Nesse caso, um exempo de lente com comportamento divergente é o de uma lente biconvexa (com bordas finas):
Focos de uma lente e Vergência
Focos principais
Uma lente possui um par de focos principais: foco principal objeto (F) e foco principal imagem (F'), ambos localizam-se a sobre o eixo principal e são simétricos em relação à lente, ou seja, a distância OF é igual a distância OF'.
Foco imagem (F') - É o ponto ocupado pelo foco imagem, podendo ser real ou virtual.
Foco objeto (F) - É o ponto ocupado pelo foco objeto, podendo ser real ou virtual.
Distância focal - É a medida da distância entre um dos focos principais e o centro óptico, esta medida é caracterizada pela letra f.
Pontos antiprincipais
São pontos localizados a uma distância igual a 2f do centro óptico (O), ou seja, a uma distância f de um dos focos princiapais (F ou F'). Esta medida é caracterizada por A (para o ponto antiprincipal objeto) e A' (para o ponto antiprincipal imagem).
Vergência
Dada uma lente esférica em determinado meio, chamamos vergência da lente (V) a unidade caracterizada como o inverso da distância focal, ou seja:
A unidade utilizada para caracterizar a vergência no Sistema Internacional de Medidas é a dioptria, simbolozado por di.
Um dioptria equivale ao inverso de um metro, ou seja: 1 di = 1/1m
Uma unidade equivalente a dioptria, muito conhecida por quem usa óculos, é o "Grau".
1di = 1grau
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