Este plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:

Objetivos
Compreender a formação das imagens no olho humano; estudar os defeitos refrativos da visão

Introdução
Imagine quantas pessoas teriam suas atividades reduzidas, se não precocemente abreviadas, sem o uso de óculos. Dados do Conselho Brasileiro de Oftalmologia confirmam que, em média, 20% dos estudantes apresentam alguma deficiência de visão e 10% precisam de óculos. As lentes corretivas, muitas das quais podem virar relíquias graças às cirurgias, funcionam por princípios da Óptica Geométrica, os mesmos que vigoram no olho humano. O plano de aula permite aplicar e entender esses princípios.

O olho funciona de modo semelhante a uma câmara fotográfica. Para entrar no olho, a luz atravessa inicialmente a córnea, que, por sua curvatura, funciona como uma lente convergente: a luz sofre refração, isto é, os raios mudam de direção, e ocorre uma primeira focalização, ainda grosseira, da imagem. Depois de passar pela pupila, que regula a luminosidade (quantidade de luz), os raios atravessam o cristalino, outra lente convergente natural, responsável pela focalização da imagem sobre a retina, película que se situa no fundo do olho. A imagem ali formada é invertida, cabendo ao cérebro interpretá-la corretamente.

O músculo ciliar, ao relaxar ou tensionar, altera a curvatura do cristalino, modificando sua distância focal (a distância do foco ao centro do cristalino) para permitir que as imagens de objetos próximos ou distantes sejam igualmente projetadas sobre a retina.

Correção tradicional
Uma pessoa com miopia enxerga bem objetos próximos, mas vê com dificuldade objetos distantes porque a imagem é formada antes da retina. As lentes corretivas da miopia devem ser divergentes para que, justapostas à córnea e ao cristalino, formem uma lente conjugada de maior distância focal, capaz de projetar a imagem sobre a retina.

A hipermetropia dificulta a visão dos objetos mais próximos porque a imagem se forma após a retina. A correção é feita com lentes convergentes. A justaposição destas ao cristalino resulta num sistema óptico de menor distância focal, trazendo a imagem para a retina.

Na presbiopia, ou vista cansada, o músculo ciliar não consegue tensionar suficientemente o cristalino para que ele "engrosse" e permita que as imagens de objetos próximos sejam formadas corretamente sobre a retina. A utilização de lentes convergentes, como se faz para os hipermétropes, é a alternativa de correção para essa deficiência.

Olho remodelado
Alguns dos problemas oftalmológicos mais comuns, como a miopia de elevado grau, podem ser corrigidos com as cirurgias refrativas, que permitem remodelar a córnea, diminuindo sua curvatura (a córnea fica mais plana), ou substituir o cristalino por lente acrílica intraocular.

O novo método para correção da presbiopia citado na reportagem não mexe no sistema refrativo do olho do paciente.

Atividades
Os alunos devem conhecer previamente os tipos de lentes e os trajetos dos raios de luz que compõem as imagens.
1. Funcionamento do olho
Para iniciar, após a leitura da reportagem de VEJA e do texto de apoio, proponha como exercício a construção de imagem formada por uma lente convergente.
Eles podem representar em papel quadriculado uma lente convergente de distância focal igual a 2 cm e um objeto de 1 cm de altura situado a 3 cm do centro ótico da lente, sobre o eixo principal. Peça para que determinem em que posição, do lado direito da lente, deverá ser colocado um anteparo para que a imagem do objeto seja projetada. Pergunte que características terá a imagem (tamanho, se será real ou virtual, direita ou invertida).
Ilustrações Jardim


2. Cálculo do grau dos óculos
Quem sofre de hipermetropia ou de presbiopia usa óculos com lentes convergentes (ou lente de contatos). Um experimento simples permite compreender o significado da medida dos "graus" das lentes. Embora seja pouco preciso, serve de estímulo para o estudo dos problemas da visão.
De início, usando a luz do sol, eles devem colocar os óculos de lentes convergentes entre a luz solar e um anteparo no solo, e ajustar a distância até observarem a convergência dos raios sobre um único ponto no anteparo.


Nessa condição, a distância entre a lente e o anteparo é o valor da distância focal da lente. Essa conclusão é baseada na equação das lentes

em que,
do = distância do objeto à lente
di = distância da imagem à lente
ƒ = distância focal da lente

No exemplo, como a distância do Sol (objeto) até a lente é muito grande, 1/do tende a zero, e a equação fica


Calculado ƒ, eles obtêm o grau (D) da lente fazendo D = 1/ƒ com ƒ medido em metros.
Num segundo caso, usando a luz de uma vela em um quarto escurecido, peça que eles interponham as lentes dos óculos entre a vela e um anteparo e variem a posição relativa desses objetos até que a imagem da vela apareça nitidamente e invertida no anteparo.



Medindo as distâncias entre as lentes e a vela (do) e entre as lentes e o anteparo (di), eles podem calcular a distância focal e o grau das lentes usando a equação (1).

PARA SABER MAIS
Imagem no foco
Esfera oca preenchida por um líquido gelatinoso (humor vítreo), o olho tem sua parede formada por três camadas. A parte frontal transparente da camada externa é a córnea. A camada intermediária contém a íris que apresenta um orifício central (pupila). Atrás da íris, encontra-se o cristalino. A camada interna é a retina. Os nervos da retina formam o, que transmite os impulsos nervosos ao cérebro, onde a imagem é interpretada.

Na focalização de objetos distantes, os músculos ciliares ficam relaxados e o cristalino apresenta pequena curvatura (distância focal grande). Para focalizar objetos próximos, os músculos ciliares se contraem, aumentando a curvatura do cristalino. Os olhos têm dimensões que variam de pessoa para pessoa. Os míopes têm o chamado olho comprido. Os hipermétropes, ao contrário, têm o globo ocular curto.

Hipermetropia

1. No hipermétrope, os raios convergem para um ponto atrás da retina
2. A correção é feita por meio de uma lente convergente que traz os raios para a retina

Miopia

3. Esquema do globo ocular de uma pessoa míope. Os raios luminosos provenientes do objeto convergem para um ponto anterior à retina
4. O procedimento para corrigir essa deficiência consiste em fazer os raios luminosos convergirem para a retina, interpondo uma lente divergente

HISTÓRIA
Passado árabe
Os conhecimentos de óptica sobre os distúrbios da visão já eram dominados pelos árabes por volta do século X. Um tratado de óptica feito por Ibn al-Haytham, que viveu no Egito nessa época, descreve a função da córnea e a anatomia do olho humano, bem como a trajetória da luz sob a ação de espelhos e lentes. Usando tornos e discos de lapidação, al-Haytham fabricava componentes ópticos para suas experiências, nunca, no entanto, para corrigir defeitos da visão. Seus trabalhos só chegaram aos europeus por volta do século XII, via Espanha dominada pelos árabes. No século XIII, os venezianos atacaram Constantinopla e assimilaram as técnicas vidreiras bizantinas. Até o início do século XIV, no entanto, ainda não se conheciam os óculos na Europa, sobretudo porque não se dispunham ainda dos meios para a fabricação de lentes em quantidade que permitisse atender a população. As primeiras referências ao uso desses acessórios ocorreram na Itália e entre seus prováveis inventores estão o italiano Alessandro della Spina e o inglês Roger Bacon. Os primeiros óculos destinavam-se à correção da presbiopia. Somente no início do século XVI surgiram os óculos para miopia.

Consultoria: Walter Spinelli

Professor de Física do Colégio Santa Cruz, de São Paulo

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