Choveu! E minha janela está cheia de lentes!

Choveu! Chuva gelada! Daquelas pra baixar a temperatura e começarmos a entrar de vez no clima de inverno. Afinal, estamos próximos de 21 de junho, solstício de inverno no hemisfério sul, início oficial da estação mais fria do ano ao sul do equador.

Sempre que chove, vejo lentes na minha janela! A imagem acima, feita com o celular, é uma prova de que tal visão não é coisa só da minha cabeça. Você também consegue ver as lentes na janela? Não? Vamos chegar mais perto...

E agora, com zoom na imagem? Deu pra ver as pequenas lentes?

Cada gota d'água na janela funciona como uma lente convergente. E lentes convergentes formam imagens reduzidas e invertidas de coisas que estão distantes. Consegue perceber que em cada gotinha podemos ver a paisagem de fundo de ponta cabeça? Propositalmente, foquei as gotinhas e deixei a paisagem de fundo fora de foco para evidenciar o efeito de inversão da imagem em cada lente líquida.

A ilustração abaixo mostra como é a gotinha grudada no vidro plano da janela, vista de frente, e que atua como lente.

Para entendermos melhor como uma gota d'água pode funcionar como lente, temos que vê-la de perfil. A próxima ilustração nos ajuda nesta tarefa.

Perceba que a gotinha tem um lado convexo e outro plano. Logo, é uma lente plano-convexa, como a lente cujo perfil foi desenhado abaixo.

Como é feita de água, meio material mais refringente que o ar (meio externo), e tem bordas finas, consegue concentrar a luz, ou seja, atua como lente convergente.

Se tomarmos dois raios de luz que vêm de longe, da paisagem de fundo, e se encontram após atravessarem a lente, teremos uma imagem invertida e reduzida. A ilustração abaixo, retirada de um slide de uma das minhas aulas de Óptica Geométrica, usa uma seta que poderia aqui representar qualquer elemento da paisagem de fundo. Um raio de luz paralelo ao eixo da lente converge para o foco. Outro raio, que atinja a lente bem no seu centro óptico O, passa pela lente ideal sem desvio. Onde os raios se encontram, temos a imagem da ponta da seta. A partir desta imagem pontual, dá para imaginarmos a imagem da seta inteira. Veja:

É exatamente assim que funcionam as câmeras fotográficas nas quais um conjunto de lentes convergentes formam uma pequena imagem que pode ser projetada sobre um filme ou, mais recentemente, sobre um sensor digital. Desta forma podemos registrar a imagem (pequena) de um objeto muito maior do que a câmera. E câmeras fotográficas foram inspiradas nos nossos olhos que, com duas lentes convergentes, a córnea e o cristalino, formam na retina, no fundo do globo ocular, imagens pequeninhas de coisas grandes do mundo ao nosso redor.

Para provar de vez que as gotinhas d'água na janela são pequenas lentes convergentes, peguei uma lupa que é, na verdade, uma lente convergente.

Observe que, colocando a lupa diante da mesma janela, fica evidente que ela forma uma imagem invertida e reduzida da paisagem de fundo, exatamente como nas gotinhas de água.

A lupa, muito útil para visualizar detalhes pequenos em documentos, forma imagens ampliadas de objetos colocados próximos dela. Mas de objetos distantes, como prevê a Óptica, conjuga imagens reduzidas, exatamente como as gotinhas na janela.

Aposto que depois deste texto nunca mais você vai ver a chuva na janela da mesma forma! Eu, desde criança, já havia notado o fenômeno. Mas só depois de mais velho, e de ter a feliz oportunidade de estudar Física pra valer, entendi de vez o curioso fenômeno.

Compartilho com você esta divertida visão pueril do mundo mas que, no fundo, é um exemplo bem palpável do belíssimo fenômeno da refração da luz numa pequena lente plano-convexa de água.

Abraço do prof. Dulcidio. E Física na veia!

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Texto adaptado daqui do Física na veia! UOL Ciência, meu blog no ar desde 2004 tentando prova que a Física é pop!