A câmera escura

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Nas postagens anteriores foi visto que a luz pode se comportar como onda ou como partícula, a depender do fenômeno e do modo que o analisamos. Esse tipo de abordagem normalmente está ligado ao ramo da Óptica conhecido como Óptica Física. Neste ramo, as considerações sobre a natureza da luz são essenciais para compreensão dos fenômenos estudados.

Por outro lado, quando essas considerações não se fazem necessárias, costuma-se abordar os fenômenos luminosos a partir de uma perspectiva geométrica, considerando os raios de luz como se fossem segmentos de retas, orientados ou não. Dessa maneira, alguns fenômenos menos complexos podem ser entendidos através da Óptica Geométrica, é o caso do funcionamento da câmera escura que analisaremos a seguir.

A câmera escura ou câmera obscura, ou ainda, câmera escura de orifício, é um dispositivo óptico que consegue captar imagens através de um orifício e projetá-las em seu interior (observar a figura abaixo). Recebe esse nome devido a cor escura do material que normalmente reveste seu interior. O seu mecanismo simples foi a base para a obtenção das primeiras fotografias¹.

Figura 8: Estrutura da câmera escura.

Fonte: Próprio autor.

Na figura, uma fonte de luz primária tem sua imagem projetada na parede do fundo de uma câmera escura. Observe que a imagem do objeto está invertida em comparação ao próprio objeto. As letras p e p’ se referem às distâncias do objeto ao orifício e da imagem ao orifício, respectivamente, assim como o e i se referem ao tamanho do objeto e da imagem, nessa mesma ordem. O tamanho da imagem formada na câmera depende de suas dimensões e da distância do objeto ao orifício. Utilizando semelhança de triângulos é possível chegar à seguinte relação:

Equação 1: 

Veja na animação a seguir o processo de formação da imagem nesse tipo de câmara:

Animação 7: Funcionamento da câmera escura.

Fonte: Próprio autor.

Na animação foi mostrado que o ponto superior do objeto (pinguim) espalha raios de luz em diversas direções, naturalmente, somente aqueles que atingem o orifício conseguem atravessar e chegar à parte inferior do fundo da câmara. De forma similar, o ponto inferior do objeto projeta raios, dos quais somente aqueles que atravessam o orifício conseguem chegar a parte superior do fundo da câmara. Apesar de não ter sido mostrado na animação, esse mesmo processo se repetiria de forma semelhante para os demais pontos que formam o objeto. Dessa maneira, cada ponto do objeto possui o seu correspondente no local de formação da imagem, formando uma imagem invertida devido o sentido de propagação dos raios que atravessam o orifício.

Para construir uma câmera escura você pode seguir os passos mostrado no vídeo a seguir, disponível no canal do Youtube Manual do Mundo:

Vídeo 1: Câmera escura que foca - Youtube.

Fonte: Canal do Youtube “Manual do Mundo¹”.

O mecanismo de formação das imagens nas câmeras fotográficas também se processa de forma semelhante ao apresentado no vídeo. Além disso, a formação de imagens no olho humano também possui suas similaridades com o processo descrito anteriormente. Analise a imagem a seguir, representando a estrutura básica da visão humana.

Figura 9: Estruturas do organismo responsáveis pela visão.

Fonte: Próprio autor.

Percebe-se que além do olho, o processamento da visão também depende das estruturas cerebrais. Veja uma representação desse processo na animação a seguir:

Animação 8: Óptica da visão humana.

Fonte: Próprio autor.

No vídeo, a imagem dentro do olho é formada de forma similar à câmera escura. Nesse caso, a pupila tem correspondência com o orifício. O cristalino por sua vez, não possui correspondência, estando aí uma das principais diferenças entre as estruturas da câmera escura e do olho humano. Esse elemento do nosso olho pode ser entendido como uma lente natural, que possui a capacidade de aumentar ou diminuir o “grau” conforme a necessidade.

Prosseguindo a animação, nota-se que a imagem é formada na região do “fundo” do olho chamada de retina. A partir daí as informações visuais são transmitidas ao cérebro pelo nervo óptico, passando pelo núcleo geniculado lateral até chegar ao córtex visual. Nesse ponto, somos capazes de interpretar o que o olho capta.

Agora que entendemos um pouco mais sobre a formação das imagens na câmera escura e no olho humano, realize as atividades propostas a seguir:

Atividade 3

1) Qual as principais diferenças entre a Óptica Física e a Óptica Geométrica?

2) Na imagem sobre a câmera escura, uma fonte de luz primária (a vela) é projetada no fundo da câmera. Entretanto, o corpo (pinguim) projetado no vídeo não emite luz própria, como você explica a formação da imagem nesse caso?

3) Se na imagem sobre a câmera escura a vela possui 20 cm de altura e está situada a 30 cm do orifício da câmara, qual o tamanho da imagem obtida sabendo-se que o comprimento da caixa é de 25 cm?

4) Explique de que forma a imagem é formada na câmera escura.

5) Pesquise a função de cada parte nomeada na figura sobre o olho humano.

6) Faça um resumo explicativo do processo de visão mostrado no vídeo sobre a visão humana.

7) Pesquise sobre os principais defeitos da visão humana e explique suas causas.

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Referências

1CÂMERA escura. In: Wikipedia: a enciclopédia livre. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A2mera_escura>. Acesso em: 3 dez. 2018.
2 THENÓRIO, Iberê. Câmera escura com lente (EXPERIÊNCIA de FÍSICA). 2012. (4m). Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=yZlt8VgjKdc>. Acesso em: 02 jul. 2019.