Sala de estudos

Lentes esféricas: o que cai no ENEM e nos vestibulares

Convergente concentra a luz e corrige a hipermetropia; divergente espalha e corrige a miopia. Vergência, equação de Gauss e casos de imagem.

Ilustração estilo Pixar de uma lente convergente concentrando os raios de luz do sol em um ponto brilhante, observada por um estudante sorridente.
Ilustração estilo Pixar de uma lente convergente concentrando os raios de luz do sol em um ponto brilhante, observada por um estudante sorridente.
Direto ao assunto
  1. Resumo rápido
  2. O que é uma lente esférica
  3. Convergente e divergente: como distinguir sem errar
  4. Os raios notáveis: o atalho para construir a imagem
  5. A equação dos fabricantes de lentes e a vergência
  6. A equação de Gauss para lentes e o aumento
  7. Os casos de formação de imagem na lente convergente
  8. A lente divergente: um único caso, sempre igual
  9. Lentes no cotidiano: óculos, olho humano, lupa e câmera
  10. Mapa mental
  11. SAQ — Perguntas e respostas curtas
  12. Questões comentadas
  13. Dica do professor
  14. Atenção / cuidado
  15. Conexão com outras áreas
  16. Incidência

Resumo rápido

As lentes esféricas são os dispositivos ópticos mais presentes no nosso dia a dia: estão nos óculos, nas câmeras, nos microscópios, nos telescópios e até na lente do nosso próprio olho. Diferente dos espelhos, que funcionam por reflexão, as lentes funcionam por refração: a luz atravessa a lente e muda de direção ao passar de um meio para outro. Este é um tema ♨️ Morno da Física, e aparece no ENEM e nos vestibulares sempre que a prova quer testar se o estudante sabe distinguir uma lente convergente de uma divergente, calcular a vergência em dioptrias, aplicar a equação dos fabricantes de lentes e prever o tipo de imagem formada.

A ideia central cabe em duas frases. A lente convergente é mais grossa no centro do que nas bordas e concentra os raios de luz que chegam paralelos ao eixo principal em um único ponto, o foco. A lente divergente é mais fina no centro do que nas bordas e espalha os raios de luz, que saem divergindo como se tivessem partido de um foco virtual. Nesta matéria, você vai aprender os tipos de lente, os elementos e os raios notáveis, a equação dos fabricantes de lentes, a vergência, a equação de Gauss para lentes, todos os casos de formação de imagem e as aplicações no cotidiano, como os óculos que corrigem a miopia e a hipermetropia, a lupa e a câmera fotográfica. Ao final, há mapa mental, perguntas e respostas curtas e questões comentadas originais, no estilo das provas, para treinar na sala de estudo.

O que é uma lente esférica

Uma lente esférica é um meio transparente, geralmente de vidro ou de acrílico, limitado por duas superfícies esféricas, ou por uma superfície esférica e uma superfície plana. Quando a luz atravessa a lente, ela sofre duas refrações, uma em cada face, e o resultado final é um desvio na direção dos raios. É esse desvio que faz a lente formar imagens, concentrar luz ou corrigir a visão. As lentes mais comuns no cotidiano são as lentes de óculos, que são finas e leves, e as lentes de câmeras e microscópios, que podem ser mais espessas e combinadas em conjuntos.

Para descrever uma lente, usamos os mesmos elementos dos espelhos esféricos, com uma diferença importante: a lente tem dois lados, e por isso tem dois centros de curvatura e dois focos. O centro óptico, representado por \( O \), é o ponto central da lente, sobre o eixo principal, por onde passa um raio sem sofrer desvio. O eixo principal é a reta que passa pelos centros de curvatura das duas faces e pelo centro óptico. Os centros de curvatura, \( C_1 \) e \( C_2 \), são os centros das esferas que originaram as duas faces da lente, e os raios de curvatura, \( R_1 \) e \( R_2 \), são as distâncias entre cada centro de curvatura e a lente. Os focos principais, \( F \) e \( F’ \), são os pontos do eixo principal para onde convergem os raios paralelos, na lente convergente, ou de onde parecem divergir os raios, na lente divergente. A distância focal, \( f \), é a distância entre o foco e o centro óptico. Nas lentes delgadas, aquelas cuja espessura é desprezível diante dos raios de curvatura, os dois focos são simétricos em relação ao centro óptico, isto é, ficam à mesma distância dele, um de cada lado da lente.

ElementoSímboloDefinição
Centro óptico\( O \)Ponto central da lente; o raio que passa por ele não sofre desvio
Eixo principal—Reta que passa pelos centros de curvatura e pelo centro óptico
Centros de curvatura\( C_1 \) e \( C_2 \)Centros das esferas que originaram as duas faces da lente
Raios de curvatura\( R_1 \) e \( R_2 \)Distâncias entre cada centro de curvatura e a lente
Focos principais\( F \) e \( F’ \)Pontos do eixo para onde convergem (convergente) ou de onde parecem divergir (divergente) os raios paralelos
Distância focal\( f \)Distância entre o foco e o centro óptico

Convergente e divergente: como distinguir sem errar

A forma mais segura de distinguir os dois tipos de lente é olhar para a espessura: a lente convergente é mais grossa no centro do que nas bordas, e a lente divergente é mais fina no centro do que nas bordas. Essa regra vale quando a lente está imersa em um meio menos refringente do que ela, que é o caso mais comum, como uma lente de vidro no ar. Pense na lupa: ela é grossa no meio, e por isso amplia e concentra a luz do Sol, podendo até queimar um papel no foco. Já a lente de quem tem miopia é fina no centro e mais grossa nas bordas.

Existem seis formatos clássicos de lentes esféricas, três convergentes e três divergentes, conforme as faces sejam convexas, côncavas ou planas. As convergentes são a biconvexa (duas faces convexas), a plano-convexa (uma face plana e outra convexa) e a côncavo-convexa (uma face côncava e outra convexa, com a convexa predominando). As divergentes são a bicôncava (duas faces côncavas), a plano-côncava (uma face plana e outra côncava) e a convexo-côncava (uma face convexa e outra côncava, com a côncava predominando). Para as provas, o que mais importa é a regra da espessura: borda fina, convergente; borda grossa, divergente.

Atenção a um detalhe que costuma cair como pegadinha: o comportamento da lente depende também do meio em que ela está imersa. Uma lente biconvexa de vidro, que é convergente no ar, pode se tornar divergente se for mergulhada em um líquido com índice de refração maior que o do vidro, como o sulfeto de carbono. Isso acontece porque o que decide se a lente converge ou diverge é a comparação entre o índice de refração da lente e o do meio, como mostra a equação dos fabricantes de lentes, que veremos adiante. Por isso, nas questões, leia sempre em que meio a lente está imersa antes de classificá-la.

Os raios notáveis: o atalho para construir a imagem

Para construir a imagem de um objeto em uma lente, bastam dois raios notáveis, que têm comportamento conhecido. O primeiro raio notável é o raio que incide paralelo ao eixo principal: na lente convergente, ele refrata passando pelo foco do outro lado da lente; na lente divergente, ele refrata divergindo, como se tivesse saído do foco do mesmo lado do objeto. O segundo raio notável é o raio que incide passando pelo foco (na convergente) ou em direção ao foco do outro lado (na divergente): ele refrata paralelo ao eixo principal. O terceiro raio notável é o raio que incide passando pelo centro óptico: ele atravessa a lente sem sofrer desvio, em linha reta.

Com dois desses raios, partindo da ponta do objeto, encontramos a imagem da ponta: se os raios refratados se encontram de fato, do outro lado da lente, a imagem é real; se apenas os prolongamentos dos raios refratados se encontram, do mesmo lado do objeto, a imagem é virtual. Lembre-se da diferença em relação aos espelhos: na lente, a imagem real fica do lado oposto ao do objeto, porque a luz atravessa a lente, enquanto no espelho a imagem real fica do mesmo lado do objeto, porque a luz volta. Imagem real pode ser projetada em uma tela; imagem virtual, não.

A equação dos fabricantes de lentes e a vergência

A distância focal de uma lente depende de três coisas: do índice de refração da lente, do índice de refração do meio em que ela está imersa e dos raios de curvatura das suas duas faces. Essa dependência é dada pela equação dos fabricantes de lentes, também chamada de equação de Halley:

\[ \frac{1}{f} = \left( \frac{n_2}{n_1} – 1 \right) \left( \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} \right) \]

Nessa equação, \( n_2 \) é o índice de refração da lente, \( n_1 \) é o índice de refração do meio, e \( R_1 \) e \( R_2 \) são os raios de curvatura das faces, com sinais: o raio é positivo quando a face é convexa para a luz que chega, e negativo quando é côncava para a luz que chega. Para uma lente biconvexa simétrica, as duas faces têm o mesmo raio em módulo, e a equação fica mais simples. Um exemplo: uma lente biconvexa de vidro, com \( n_2 = 1,5 \), imersa no ar, com \( n_1 = 1,0 \), e faces de raios \( R_1 = R_2 = 20 \) cm. Então \( \frac{1}{f} = (1,5 – 1) \left( \frac{1}{20} + \frac{1}{20} \right) = 0,5 \cdot \frac{1}{10} = \frac{1}{20} \), logo \( f = 20 \) cm. A lente é convergente, com distância focal de 20 cm.

A vergência de uma lente, representada por \( V \), mede a sua capacidade de convergir ou divergir a luz, e é definida como o inverso da distância focal:

\[ V = \frac{1}{f} \]

Quando a distância focal é medida em metros, a vergência é medida em dioptrias, representadas por \( di \), que é a unidade usada nas receitas de óculos, onde aparece com o nome de “grau”. Uma lente convergente tem vergência positiva, e uma divergente tem vergência negativa. Uma lente de distância focal \( f = 0,5 \) m tem vergência \( V = \frac{1}{0,5} = 2 \) di. Uma lente de distância focal \( f = -0,25 \) m tem vergência \( V = \frac{1}{-0,25} = -4 \) di, ou seja, uma lente de -4 graus, típica de quem tem miopia. Quando duas lentes delgadas são justapostas, isto é, colocadas encostadas, a vergência do conjunto é a soma das vergências: \( V = V_1 + V_2 \).

A equação de Gauss para lentes e o aumento

Para encontrar a posição e o tamanho da imagem formada por uma lente, usamos as mesmas fórmulas dos espelhos, com uma convenção de sinais adaptada. Chamando de \( p \) a distância do objeto à lente, de \( p’ \) a distância da imagem à lente e de \( f \) a distância focal, a equação de Gauss para lentes é:

\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{p} + \frac{1}{p’} \]

Na convenção adotada nas provas, a distância do objeto, \( p \), é sempre positiva, porque o objeto real fica antes da lente. A distância focal, \( f \), é positiva na lente convergente e negativa na lente divergente. A distância da imagem, \( p’ \), sai positiva quando a imagem é real, formada do outro lado da lente, e negativa quando a imagem é virtual, formada do mesmo lado do objeto. O aumento linear transversal, \( A \), compara a altura da imagem, \( h_i \), com a altura do objeto, \( h_o \):

\[ A = \frac{h_i}{h_o} = -\frac{p’}{p} \]

A leitura do aumento é a mesma dos espelhos: se \( |A| > 1 \), a imagem é maior que o objeto; se \( |A| < 1 \), é menor; se \( A \) é positivo, a imagem é direita; se \( A \) é negativo, é invertida. Um exemplo completo: objeto a 30 cm de uma lente convergente de distância focal 20 cm. Pela equação, \( \frac{1}{20} = \frac{1}{30} + \frac{1}{p'} \), logo \( \frac{1}{p'} = \frac{1}{20} - \frac{1}{30} = \frac{1}{60} \), então \( p' = 60 \) cm. A imagem é real, a 60 cm do outro lado da lente, e o aumento é \( A = -\frac{60}{30} = -2 \): imagem invertida e duas vezes maior que o objeto. É assim que funciona um projetor: o objeto, pequeno, fica entre o foco e o centro de curvatura da lente, e a imagem, grande e invertida, é projetada na tela.

Os casos de formação de imagem na lente convergente

Na lente convergente, são cinco os casos, conforme a posição do objeto, exatamente como no espelho côncavo, com uma diferença: a imagem real aparece invertida do outro lado da lente.

Posição do objetoImagemCaracterísticas
Além do ponto antiprincipal (\( p > 2f \))Entre \( F’ \) e \( 2F’ \), do outro ladoReal, invertida e menor que o objeto
Sobre o ponto antiprincipal (\( p = 2f \))Sobre \( 2F’ \), do outro ladoReal, invertida e do mesmo tamanho que o objeto
Entre o ponto antiprincipal e o foco (\( f < p < 2f \))Além de \( 2F’ \), do outro ladoReal, invertida e maior que o objeto
Sobre o foco (\( p = f \))No infinitoImagem imprópria: os raios refratados saem paralelos e não se encontram
Entre o foco e a lente (\( p < f \))Do mesmo lado do objetoVirtual, direita e maior que o objeto

O último caso é o da lupa: colocando o objeto entre o foco e a lente, vemos uma imagem virtual, direita e ampliada, do mesmo lado do objeto. É o mesmo princípio do óculos de leitura de quem tem hipermetropia e presbiopia. Já o caso do objeto entre o foco e o ponto antiprincipal, com imagem real ampliada do outro lado, é o princípio do projetor e da câmera fotográfica ao contrário: na câmera, o objeto está longe, além do ponto antiprincipal, e a imagem real, invertida e menor, forma-se sobre o sensor ou o filme, perto do foco. Um exemplo numérico do caso da lupa: objeto de 2 cm de altura a 10 cm de uma lente convergente de distância focal 20 cm. Pela equação, \( \frac{1}{20} = \frac{1}{10} + \frac{1}{p’} \), logo \( \frac{1}{p’} = \frac{1}{20} – \frac{1}{10} = -\frac{1}{20} \), então \( p’ = -20 \) cm. O sinal negativo confirma: imagem virtual, a 20 cm do mesmo lado do objeto. O aumento é \( A = -\frac{(-20)}{10} = 2 \): imagem direita e duas vezes maior, com 4 cm de altura.

A lente divergente: um único caso, sempre igual

Na lente divergente, não há casos para decorar: qualquer que seja a posição do objeto, a imagem é sempre virtual, direita e menor que o objeto, formada do mesmo lado do objeto, entre a lente e o foco. Isso acontece porque os raios refratados sempre divergem, e só os seus prolongamentos se encontram. À medida que o objeto se afasta, a imagem vai ficando cada vez menor e cada vez mais próxima do foco, mas nunca muda de natureza. É exatamente o mesmo comportamento do espelho convexo, e por isso a lente divergente também é usada para ampliar o campo visual em alguns instrumentos, embora seu uso mais famoso seja outro: a correção da miopia.

Um exemplo numérico confirma a regra. Objeto a 30 cm de uma lente divergente de distância focal \( f = -20 \) cm, lembrando o sinal negativo da divergente. Pela equação, \( \frac{1}{-20} = \frac{1}{30} + \frac{1}{p’} \), logo \( \frac{1}{p’} = -\frac{1}{20} – \frac{1}{30} = -\frac{5}{60} \), então \( p’ = -15 \) cm. A imagem é virtual, a 15 cm do mesmo lado do objeto, e o aumento é \( A = -\frac{(-15)}{30} = 0,5 \): imagem direita e com metade do tamanho do objeto. Para comparar os dois tipos de lente de uma só vez, veja a tabela abaixo e, para revisar a reflexão, volte à matéria de espelhos esféricos na sala de estudo.

LenteEspessuraVergênciaImagem (objeto real)Uso típico
Convergente, objeto além do focoMais grossa no centroPositivaReal, invertida, maior, menor ou igual, conforme a posiçãoCâmera fotográfica, projetor, olho humano
Convergente, objeto entre foco e lenteMais grossa no centroPositivaVirtual, direita e maiorLupa, óculos de hipermetropia e de presbiopia
Convergente, objeto no focoMais grossa no centroPositivaImagem no infinito, raios paralelosFarol com lente, holofote
Divergente, qualquer posiçãoMais fina no centroNegativaVirtual, direita e menorÓculos de miopia, olho mágico de porta

Lentes no cotidiano: óculos, olho humano, lupa e câmera

O uso mais conhecido das lentes é a correção da visão. No olho humano, o cristalino funciona como uma lente convergente que forma uma imagem real e invertida sobre a retina, e o cérebro interpreta essa imagem na posição correta. Na miopia, o globo ocular é mais alongado, e a imagem forma-se antes da retina, por isso o míope enxerga mal de longe: a correção é feita com uma lente divergente, que espalha os raios antes de entrarem no olho e empurra a imagem para trás, até a retina. Na hipermetropia, o globo ocular é mais curto, e a imagem forma-se depois da retina, por isso o hipermétrope enxerga mal de perto: a correção é feita com uma lente convergente, que adianta a convergência dos raios e traz a imagem para a retina. Na presbiopia, a vista cansada que aparece com a idade, o cristalino perde elasticidade e o olho perde a capacidade de acomodar para perto: a correção também é com lente convergente, nos óculos de leitura. O astigmatismo, por sua vez, é corrigido com lentes cilíndricas, que compensam a curvatura irregular da córnea.

Além dos óculos, as lentes estão nos instrumentos ópticos. A lupa é uma lente convergente usada com o objeto entre o foco e a lente, para ver ampliado. O microscópio combina duas lentes convergentes: a objetiva forma uma imagem real e ampliada do objeto, e a ocular funciona como lupa sobre essa imagem, ampliando-a ainda mais. O telescópio refrator usa uma objetiva convergente de grande distância focal para captar a luz dos astros e formar a imagem, e uma ocular que amplia essa imagem. A câmera fotográfica usa um conjunto de lentes convergentes para formar uma imagem real, invertida e menor sobre o sensor, e o olho mágico da porta usa uma lente divergente para mostrar um campo visual amplo do lado de fora. A lente convergente também concentra a luz do Sol: é por isso que uma lupa pode queimar um papel e que os fornos solares usam grandes lentes e espelhos para concentrar calor.

Ilustração estilo Pixar de uma lente convergente e uma lente divergente lado a lado, com raios de luz paralelos convergindo para o foco em uma e divergindo na outra.
Ilustração estilo Pixar de uma lente convergente e uma lente divergente lado a lado, com raios de luz paralelos convergindo para o foco em uma e divergindo na outra.
Ilustração estilo Pixar de um olho humano usando óculos, com raios de luz chegando corretamente à retina após passarem pelas lentes de correção.
Ilustração estilo Pixar de um olho humano usando óculos, com raios de luz chegando corretamente à retina após passarem pelas lentes de correção.

Mapa mental

Lentes esféricas: Meio transparente limitado por superfícies esféricas; funcionam por refração, com duas refrações, uma em cada face. Elementos: centro óptico \( O \) (raio por ele não sofre desvio), eixo principal, centros de curvatura \( C_1 \) e \( C_2 \), raios de curvatura \( R_1 \) e \( R_2 \), focos \( F \) e \( F’ \), distância focal \( f \). Convergente: mais grossa no centro, borda fina, vergência positiva, concentra os raios paralelos no foco; formatos biconvexa, plano-convexa e côncavo-convexa. Divergente: mais fina no centro, borda grossa, vergência negativa, espalha os raios como se saíssem do foco virtual; formatos bicôncava, plano-côncava e convexo-côncava. Atenção: o comportamento depende do meio — lente convergente no ar pode virar divergente em meio mais refringente que ela. Raios notáveis: paralelo ao eixo refrata pelo foco (ou como se saísse dele, na divergente); pelo foco refrata paralelo ao eixo; pelo centro óptico passa sem desvio. Equação dos fabricantes: \( \frac{1}{f} = \left( \frac{n_2}{n_1} – 1 \right) \left( \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} \right) \). Vergência: \( V = \frac{1}{f} \), em dioptrias quando \( f \) está em metros; lentes justapostas somam vergências. Equação de Gauss: \( \frac{1}{f} = \frac{1}{p} + \frac{1}{p’} \), com \( p \) sempre positivo, \( f \) positivo na convergente e negativo na divergente, \( p’ \) positivo se a imagem é real e negativo se é virtual. Aumento: \( A = \frac{h_i}{h_o} = -\frac{p’}{p} \); \( |A| > 1 \) maior, \( |A| < 1 \) menor, \( A \) positivo direita, \( A \) negativo invertida. Convergente: além de \( 2f \) → real, invertida, menor; em \( 2f \) → real, invertida, igual; entre \( 2f \) e \( f \) → real, invertida, maior; em \( f \) → imagem no infinito; entre \( f \) e a lente → virtual, direita, maior (lupa). Divergente: sempre virtual, direita e menor, do mesmo lado do objeto. Cotidiano: miopia corrige com divergente, hipermetropia e presbiopia com convergente, lupa, microscópio, telescópio refrator, câmera fotográfica, olho mágico e forno solar.

SAQ — Perguntas e respostas curtas

1. Como distinguir uma lente convergente de uma divergente? Pela espessura: a convergente é mais grossa no centro do que nas bordas, e a divergente é mais fina no centro do que nas bordas, quando imersas no ar.

2. O que é a vergência de uma lente? É o inverso da distância focal, \( V = \frac{1}{f} \), medida em dioptrias quando \( f \) está em metros. É positiva na convergente e negativa na divergente, e corresponde ao “grau” dos óculos.

3. Qual é a equação dos fabricantes de lentes? É \( \frac{1}{f} = \left( \frac{n_2}{n_1} – 1 \right) \left( \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} \right) \), em que \( n_2 \) é o índice da lente, \( n_1 \) o do meio e \( R_1 \) e \( R_2 \) os raios de curvatura das faces.

4. Qual é a equação de Gauss para lentes? É \( \frac{1}{f} = \frac{1}{p} + \frac{1}{p’} \), em que \( p \) é a distância do objeto, \( p’ \) a da imagem e \( f \) a distância focal.

5. Como o sinal de \( p’ \) indica o tipo de imagem em uma lente? Se \( p’ \) é positivo, a imagem é real, do outro lado da lente; se é negativo, a imagem é virtual, do mesmo lado do objeto.

6. Que imagem forma uma lente divergente, qualquer que seja a posição do objeto? Sempre uma imagem virtual, direita e menor que o objeto, do mesmo lado do objeto, entre a lente e o foco.

7. Que lente corrige a miopia e que lente corrige a hipermetropia? A miopia é corrigida com lente divergente, que empurra a imagem para trás até a retina; a hipermetropia, com lente convergente, que traz a imagem para a frente até a retina.

8. Por que a lupa amplia? Porque o objeto é colocado entre o foco e a lente convergente, e a imagem formada é virtual, direita e maior que o objeto, do mesmo lado do objeto.

Questões comentadas

Questão 1. Uma lente de vidro imersa no ar é mais grossa no centro do que nas bordas. Sobre ela, é correto afirmar que:
a) é divergente e tem vergência negativa   b) é convergente e tem vergência positiva   c) é divergente e forma sempre imagem real   d) é convergente e forma sempre imagem virtual   e) é plano-côncava
Gabarito: b. Lente mais grossa no centro, no ar, é convergente, e toda lente convergente tem distância focal e vergência positivas. Ela pode formar imagem real ou virtual, conforme a posição do objeto, por isso as alternativas c e d estão erradas.

Questão 2. Uma lente convergente tem distância focal de 0,25 m. Sua vergência, em dioptrias, é:
a) -4   b) -0,25   c) 0,25   d) 4   e) 25
Gabarito: d. Pela definição, \( V = \frac{1}{f} = \frac{1}{0,25} = 4 \) di. O sinal é positivo porque a lente é convergente. Quem responde -4 esqueceu de que o sinal negativo é só da lente divergente.

Questão 3. Um objeto de 3 cm de altura está a 30 cm de uma lente convergente de distância focal 20 cm. A imagem formada é:
a) virtual, direita e de 6 cm   b) real, invertida e de 6 cm   c) real, direita e de 1,5 cm   d) virtual, invertida e de 1,5 cm   e) real, invertida e de 1,5 cm
Gabarito: b. Pela equação, \( \frac{1}{20} = \frac{1}{30} + \frac{1}{p’} \), logo \( p’ = 60 \) cm, imagem real, do outro lado da lente. O aumento é \( A = -\frac{60}{30} = -2 \), logo a imagem é invertida e tem \( 2 \cdot 3 = 6 \) cm de altura.

Questão 4. Um estudante observa um selo com uma lupa e vê a imagem direita e ampliada. Sobre a posição do selo, é correto afirmar que ele está:
a) além do ponto antiprincipal da lente   b) sobre o ponto antiprincipal da lente   c) entre o foco e a lente   d) sobre o foco da lente   e) do outro lado da lente
Gabarito: c. A lupa é uma lente convergente, e só forma imagem virtual, direita e maior quando o objeto está entre o foco e a lente. Nos demais casos, a imagem é real e invertida, ou imprópria, no caso do objeto sobre o foco.

Questão 5. Uma pessoa míope usa óculos com lentes de vergência -2,5 di. A distância focal dessas lentes, em metros, e o seu tipo são:
a) 0,4, convergente   b) -0,4, divergente   c) 2,5, convergente   d) -2,5, divergente   e) 0,25, convergente
Gabarito: b. Como \( V = \frac{1}{f} \), temos \( f = \frac{1}{V} = \frac{1}{-2,5} = -0,4 \) m. O sinal negativo indica lente divergente, que é a lente usada para corrigir a miopia.

Questão 6. Uma lente biconvexa de vidro, convergente no ar, é mergulhada em um líquido cujo índice de refração é maior que o do vidro. Nessa situação, a lente passa a se comportar como:
a) convergente, com maior distância focal   b) divergente, porque o fator \( \left( \frac{n_2}{n_1} – 1 \right) \) fica negativo   c) convergente, sem mudança na vergência   d) divergente, porque seus raios de curvatura mudam de sinal   e) espelho plano
Gabarito: b. Pela equação dos fabricantes, se \( n_1 > n_2 \), o fator \( \left( \frac{n_2}{n_1} – 1 \right) \) fica negativo, e a distância focal troca de sinal: a lente biconvexa passa a divergir os raios. Os raios de curvatura não mudam; o que muda é a relação entre os índices de refração.

Dica do professor

Para lentes esféricas, guarde quatro atalhos antes de fazer qualquer conta. Primeiro: olhe a espessura — grossa no centro, convergente; fina no centro, divergente, sempre conferindo o meio em que a lente está imersa. Segundo: traduza o grau dos óculos — a vergência em dioptrias é \( V = \frac{1}{f} \), com \( f \) em metros, positiva na convergente e negativa na divergente; -2,5 di significa \( f = -0,4 \) m. Terceiro: decora a divergente e a lupa — divergente é sempre virtual, direita e menor; convergente com o objeto entre o foco e a lente é virtual, direita e maior. Quarto: use a equação de Gauss, \( \frac{1}{f} = \frac{1}{p} + \frac{1}{p’} \), para os demais casos, lembrando que, na lente, imagem real fica do outro lado, diferente do espelho. Com esses atalhos e a equação dos fabricantes de lentes para as questões de distância focal, quase toda questão de lente do ENEM se resolve em poucas linhas.

Atenção / cuidado

Cuidado com seis armadilhas clássicas. Primeira: confundir o lado da imagem real — na lente, ela fica do outro lado, e não do mesmo lado do objeto, como no espelho. Segunda: esquecer o sinal negativo da distância focal da lente divergente, o que inverte todo o resultado. Terceira: calcular a vergência com a distância focal em centímetros, em vez de metros — 20 cm é 0,2 m, e dá 5 di, não 0,05 di. Quarta: dizer que a imagem da lente divergente pode ser real ou invertida — ela é sempre virtual, direita e menor. Quinta: classificar a lente só pelo formato, sem conferir o meio — uma biconvexa pode virar divergente em um meio mais refringente que ela. Sexta: confundir o caso do objeto sobre o foco, que dá imagem no infinito, com o caso do objeto entre o foco e a lente, que dá imagem virtual ampliada, a da lupa.

Conexão com outras áreas

As lentes esféricas ligam a Física à Matemática, à biologia, à medicina e à tecnologia. Na Matemática, a equação dos fabricantes e a equação de Gauss são equações com frações, e o aumento é uma razão entre alturas e distâncias, o que treina proporção e semelhança de triângulos. Na biologia, o olho humano é o exemplo mais importante: o cristalino é uma lente convergente que forma a imagem sobre a retina, e os defeitos da visão explicam-se pela posição dessa imagem. Na medicina, a oftalmologia vive desta matéria: óculos, lentes de contato, cirurgias refrativas e instrumentos de exame usam lentes convergentes e divergentes. Na tecnologia, câmeras, microscópios, telescópios, projetores, lupas e sensores de celulares dependem todos das regras desta matéria. Para revisar a reflexão antes de avançar para a refração, vale voltar à matéria de espelhos esféricos na sala de estudo do cliquevestibular.

Incidência

Esta matéria é classificada como ♨️ Morno: as lentes esféricas aparecem com frequência moderada no ENEM e nos vestibulares, geralmente em questões que pedem a distinção entre lente convergente e divergente, o cálculo da vergência em dioptrias, a aplicação da equação dos fabricantes de lentes ou da equação de Gauss, ou a identificação da lente que corrige a miopia e a hipermetropia. Vale a revisão completa, com atenção especial aos sinais das fórmulas e ao lado em que se forma a imagem real.