Lentes Fluidas.

Objetivo

Demonstrar que o efeito de uma lente depende dos índices de refração interno e externo.

Descrição

Os livros costumam dizer que uma lente que tem as bordas delgadas e a parte central mais espessa (dita "biconvexa") é convergente, enquanto que outra lente, com bordas espessas é divergente. Isso só é verdade se o material da lente tiver índice de refração maior que o meio de onde vem a luz. A experiência a seguir ilustra esse fato.
Corte um pedaço de uns 5 centímetros de um tubo de PVC de uns 10 a 12 cm de diâmetro. Faça um furo no tubo com o diâmetro de uma rolha de borracha. Cole um vidro de relógio em cada extremidade do tubo, usando cola de silicone, usada para fazer aquários. Faça dois tipos de lente: uma biconvexa e outra bicôncava. Melhor até fazer duas de cada. Encha uma lente biconvexa com água e deixe a outra vazia (cheia de ar). Mergulhe a lente com ar em um aquário com água. Dessa forma, você mostrará que a lente de ar dentro da água é divergente, enquanto que a lente com água no ar é convergente, embora ambas sejam biconvexas.
Repita a experiência com duas lentes bicôncavas.

Análise

Uma lente biconvexa de vidro, mergulhada no ar, é convergente (veja a figura acima). Isso se dá porque o vidro tem índice de refração maior que o índice de refração do ar. Se a lente biconvexa for feita de um material cujo índice de refração é menor que o índice de refração do meio onde ela está mergulhada, ela será divergente. Esses resultados estão resumidos na chamada lei dos fabricantes de lente:


Nessa fórmula, f é a distância focal da lente, ni é o índice de refração da lente e ne é o índice de refração do meio. r' e r'' são os raios de curvatura das faces da lente (os vidros de relógio). Como são orientados em direções opostas têm sinais opostos, logo, o sinal de (1/r' - 1/r'') deve ser positivo para uma lente biconvexa. Portanto, f será positivo (lente convergente) se ni for maior que ne, como acontece com uma lente de vidro no ar. Em uma lente de ar na água f será negativo e a lente biconvexa será divergente.
Faça uma análise semelhante para o caso das lentes bicôncavas.

Material

Tubo de PVC, desses usados em instalação hidráulica, de 12 centímetros de diâmetro e 5 centímetros de comprimento. Esses valores são aproximados e podem ser modificados conforme a conveniência.

Vidros de relógio de 12 centímetros de diâmetro. Esses vidros podem ser encontrados nas lojas de ótica e custam barato.

Cola de silicone para colar vidro. Pode ser achada em lojas de material de construção ou lojas de aquários de peixe.

Um aquário pequeno ou outro recipiente transparente de paredes planas.

Rolha de borracha.

Dicas

A lente fluida não deve ser muito pequena. Quanto maior, melhor, limitada apenas pelo custo do material. O efeito melhora com o tamanho.

Faça um cartaz com a fórmula dos fabricantes de lente e esteja preparado para explicar o significado de cada símbolo.

Leve também uma lente comum de vidro para contrastar com suas lentes de água e ar. Faça cartazes mostrando os raios convergindo e divergindo em lentes comuns e em lentes fluidas.