ÓPTICA DA VISÃO I

 Óptica da visão I

Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte-as com a teoria apresentada em seguida. Suas ideias e sugestões são muito importantes para enriquecer nosso ensino e o seu aprendizado. Como enxerga uma pessoa com astigmatismo? Por que tantas pessoas são míopes? Por que dizemos que à noite todos os gatos são pardos? Se o olho tem profundidade constante, como ele focaliza objetos em distâncias variadas?

1. A Física e o cotidiano

Representação esquemática do olho

Observe seus olhos num espelho e tente associar o que vê às estruturas internas apresentadas a seguir.

(Córnea)Nesta representação, destacamos apenas as partes mais importantes na formação das imagens, indicando sua função óptica.

O esquema apresentado é denominado "olho reduzido".

a) Cristalino: é uma lente convergente, do tipo biconvexa.

De um objeto real, esta lente deve produzir uma imagem real sobre a retina.

b) Pupila: comporta-se como um diafragma, controlando a quantidade de luz que penetra no olho.

c) Retina: é a parte sensível à luz, onde deve formar-se a imagem. Comporta-se como um anteparo sensível à luz.

d) Músculos ciliares: comprimem convenientemente o cristalino, alterando sua distância focal.

Agora, sem óculos ou lentes de contato, se você os usar, observe os objetos à sua volta e compare com as imagens seguintes.

Normal

Miopia

Hipermetropia

Astigmatismo

Visão normal: nitidez a partir de 25 cm dos olhos até o infinito.

Miopia: dificuldade para ver objetos distantes por excesso de convergência da córnea e do cristalino. A pessoa aperta as pálpebras para focalizar paisagens.

Hipermetropia: dificuldade para ver objetos próximos por falta de convergência da córnea e do cristalino. A pessoa afasta o livro dos olhos para a leitura

Astigmatismo: dificuldade para ver linhas paralelas em algumas direções por falta de curvatura da córnea, e pode provocar dor de cabeça.

Presbiopia (vista cansada): depois dos 40 anos de idade o endurecimento do cristalino, por perda de água, e o enfraquecimento dos músculos ciliares produzem, em geral, as mesmas dificuldades da hipermetropia, e a pessoa afasta o livro dos olhos para a leitura.

2. A Física e o mundo

Você já viu alguém míope. Isso é uma afirmação! A dificuldade de enxergar objetos à distância se espalha quase como uma doença. Saiba o porquê. Veja só!

A miopia está atingindo proporções epidêmicas. Nos EUA, mais de 40% da população precisa de óculos. As estimativas sugerem que um terço da população do mundo será míope até o final da década. A miopia geralmente pode ser tratada facilmente com óculos, lentes de contato ou cirurgia, mas, ainda assim, os míopes têm um risco mais elevado para desenvolver glaucoma e catarata e ter descolamento de retina.

As condições dessa “epidemia" têm feito os pesquisadores se perguntarem sobre a sua causa. Agora, os cientistas pensam que têm uma boa compreensão de por que a condição se tornou mais comum: os jovens estão passando muito tempo em ambientes fechados, de acordo com um relatório publicado na Nature.

Estudos com gêmeos na década de 1960 mostraram aos investigadores que o DNA influencia a condição. Mas informações antigas, de 400 anos atrás, indicaram que os genes não são toda a história: o astrônomo Johannes Kepler pensava que sua visão pobre resultou de manter o nariz em um livro por tantos anos.

Pesquisas mais recentes têm confirmado a hipótese de Kepler: o aumento da miopia sincroniza-se com uma maior ênfase na educação, especialmente no leste da Ásia.

Na China, quase 90% dos adolescentes e jovens adultos são míopes [em comparação com 10 a 20%, 60 anos atrás], e não é coincidência que a média de 15 anos de idade, em Shanghai, gasta 14 horas por semana fazendo lição de casa. Há algum tempo, pesquisadores alemães descobriram que os estudantes que frequentaram a escola por mais anos tinham uma taxa muito mais elevada de miopia do que os menos acadêmicos.

Especialistas não chegaram a um consenso sobre como exatamente diminuir a crescente onda de miopia. Mas um pesquisador australiano descobriu que as crianças poderiam manter uma visão saudável ao passar três horas por dia à luz de 10.000 lux ou mais — a mesma quantidade de luz que uma pessoa iria ver usando óculos de sol em um dia brilhante [para efeito de comparação, uma sala de aula bem iluminada geralmente não tem mais de 500 lux].

Muitos pesquisadores concordam que as crianças que passam mais tempo em ambientes abertos mantêm uma boa visão por muito mais tempo, além disso, a atividade física pode evitar a obesidade e melhorar o humor. O trabalho deu origem a campanhas de saúde pública, em uma série de países da Ásia Oriental, destinadas a incentivar as crianças a sair mais de casa.

3. A Física e o laboratório

Os cones e os bastonetes são as células sensoriais da visão. Situadas na retina, essas células transformam a informação luminosa sobre elas incidente em informação elétrica que escoa para o cérebro através do nervo óptico.

Na foto ao lado, tem-se um aspecto de cones e bastonetes vistos ao microscópio com ampliação de 1600 vezes.

Com pouca iluminação, apenas, os bastonetes são acionados, não enxergamos as cores e a visão ocorre em tons acinzentados.

4. A Física e a evolução de seus conceitos

Acomodação visua

Como já ressaltamos, a abscissa p’ da imagem (distância do cristalino à retina) é constante e, como a abscissa p do objeto assume valores distintos, conforme a particular posição do objeto visado, a equação  mostra-nos que a distância focal do cristalino deve ser variável.

Para cada valor de p, a distância focal f assume um valor conveniente, para que a imagem se forme exatamente sobre a retina.

A variação da distância focal do cristalino é feita com a intervenção dos músculos ciliares.

Sendo p’ = constante, percebemos pela Equação de Gauss que, quanto menor for p (objeto mais próximo da vista), menor deverá ser a correspondente distância focal f.

Assim, à medida que aproximamos o objeto do olho, os músculos ciliares comprimem o cristalino, diminuindo o raio de curvatura das faces e também a distância focal f.

O trabalho realizado pelos músculos ciliares, de variação da distância focal do cristalino, é denominado "acomodação visual".

5. Ponto remoto e ponto próximo

Ponto remoto (PR) é o ponto mais afastado que o olho vê, com nitidez, estando os músculos ciliares relaxados.

Ponto próximo (PP) é o ponto mais próximo da vista para a qual a imagem é nítida, estando os músculos ciliares com máxima contração.

Para que um objeto possa ser visto com nitidez, ele deve situar-se entre o ponto próximo e o ponto remoto do olho. A região do espaço compreendida entre tais pontos é denominada zona de acomodação.

d: distância mínima de visão distinta. D: distância máxima de visão distinta.

Para o olho normal, o ponto remoto está no infinito (D  ) e o ponto próximo está a uma distância convencional d = 25cm.

Miopia

A miopia é um defeito da visão que consiste em um excesso de convergência do sistema refrator do olho, que pode ser comparado a um achatamento do globo ocular.

Há um afastamento da retina em relação ao cristalino e, com isso, a imagem de um objeto impróprio se forma aquém da retina e, portanto, não é nítida.

Para o míope, o ponto remoto está a uma distância finita, maior ou menor, conforme o grau de miopia.

Quando o objeto está no ponto remoto do míope, a imagem forma-se nítida na retina, com os músculos ciliares relaxados (condições de visão mais cômoda).

PRM = ponto remoto do olho míope.

D = distância máxima de visão distinta do olho míope.

P’ = imagem nítida do ponto remoto sobre a retina.

Como a distância focal máxima do cristalino está sendo demasiado pequena, isto é, sua vergência é maior do que a ideal, a correção é feita com o uso de uma lente divergente.

Tal lente divergente deve fornecer, de um objeto impróprio, uma imagem virtual no ponto remoto do olho. Esta imagem virtual se comporta como objeto real para o olho, dando uma imagem final real e nítida sobre a retina.
 

De um objeto impróprio, a lente corretiva divergente dá uma imagem em seu foco imagem; como tal imagem vai ser objeto para o olho, ela deverá coincidir com o ponto remoto do olho míope (PRM  F’).

A lente corretiva tem distância focal f = - D, em que D é a distância máxima da visão distinta para o olho
míope.

Hipermetropia

A hipermetropia é um defeito da visão que consiste na falta de convergência do sistema refrator do olho, que pode ser comparado a um encurtamento do globo ocular.

O problema do hipermetrope não é a visão de objetos distantes, pois, com uma acomodação conveniente, a distância focal do sistema é reduzida, possibilitando a visão nítida do objeto impróprio.

A dificuldade reside no afastamento do ponto próximo.

A distância focal mínima do sistema é maior do que deveria ser, fazendo com que a visão de objetos próximos não seja possível, com nitidez.

Nesse caso, a vergência do sistema deve ser aumentada, com o uso de uma lente corretiva convergente. Tal lente convergente deve fornecer, de um objeto real, situado no ponto próximo do olho normal, uma imagem virtual, no ponto próximo do olho hipermetrope. Essa imagem se comporta como objeto real para o olho, dando uma imagem final nítida sobre a retina.

PPN = ponto próximo do olho normal (emetrope).

PPH = ponto próximo do olho hipermetrope.

Sendo d = 25cm a distância mínima de visão distinta para o olho normal, d_H a distância mínima de visão distinta para o olho hipermetrope e f a distância focal da lente corretiva, teremos:

p = d = 25cm

p’ = –d_H (imagem virtual)

dH em cm f em cm

Exercícios Propostos

1.  A retina é um tecido sensível à luz, localizado na parte posterior do olho, onde ocorre o processo de formação de imagem. Nesse tecido, encontram-se vários tipos celulares específicos. Um desses tipos celulares são os cones, os quais convertem os diferentes comprimentos de onda da luz visível em sinais elétricos, que são transmitidos pelo nervo óptico até o cérebro.

(Disponível em: <www.portaldaretina.com.br>. Acesso em: 13 jun. 2012. Adaptado.)

Em relação à visão, a degeneração desse tipo celular irá

a) comprometer a capacidade de visão em cores.

b) impedir a projeção dos raios luminosos na retina.

c) provocar a formação de imagens invertidas na retina.

d) causar dificuldade quando se veem objetos próximos.

e) acarretar a perda da capacidade de alterar o diâmetro da pupila.

2. (UNESP-MODELO ENEM) – Entre as complicações que um portador de diabetes não controlado pode apresentar está a catarata, ou seja, a perda da transparência do cristalino, a lente do olho. Em situações de hiperglicemia, o cristalino absorve água, fica intumescido e tem seu raio de curvatura diminuído (figura 1), o que provoca miopia no paciente. À medida que a taxa de açúcar no sangue retorna aos níveis normais, o cristalino perde parte do excesso de água e volta ao tamanho original (figura 2). A repetição dessa situação altera as fibras da estrutura do cristalino, provocando sua opacificação.

(Disponível em: <www.revistavigor.com.br>. Adaptado.)

De acordo com o texto, a miopia causada por essa doença deve-se ao fato de, ao tornar-se mais intumescido, o cristalino ter sua distância focal

a) aumentada e tornar-se mais divergente.

b) reduzida e tornar-se mais divergente.

c) aumentada e tornar-se mais convergente.

d) aumentada e tornar-se mais refringente.

e) reduzida e tornar-se mais convergente.

3. (VUNESP-UEFS-MODELO ENEM) – Bárbara e Carlos, após uma consulta oftalmológica, foram diagnosticados com miopia e hipermetropia, respectivamente. As figuras representam os perfis de três lentes esféricas de vidro, A, B e C, que poderiam ser utilizadas por eles para corrigir seus defeitos de visão.

Para corrigir seus defeitos de visão, Bárbara e Carlos poderiam utilizar, respectivamente, as lentes

a) B e A. 

b) B e C. 

c) C e A. 

d) A e B. 

e) A e C.

4. (FMJ-VUNESP-MODELO ENEM) – Um dos defeitos da visão se verifica quando a imagem de um objeto, que deveria formar-se na retina, forma-se além dela. Para compensar essa deficiência, recorre-se ao uso de lentes corretivas, como mostra a figura.

(http://minilua.com)

O defeito visual e a lente corretiva mostradas na figura são, respectivamente:

a) presbiopia e divergente.

b) hipermetropia e divergente.

c) miopia e convergente.

d) miopia e divergente.

e) hipermetropia e convergente.

5. ? O avanço tecnológico da medicina propicia o desenvolvimento de tratamentos para diversos defeitos e doenças, como os relacionados à visão. As correções que utilizam laser para o tratamento da miopia são consideradas seguras até 12 dioptrias, dependendo da espessura e curvatura da córnea. Para valores de dioptria superiores a esse, o implante de lentes intraoculares é mais indicado. Essas lentes, conhecidas como lentes fácicas (LF) são implantadas junto à córnea, antecedendo o cristalino (C), sem que este precise ser removido, formando a imagem correta sobre a retina (R).

O comportamento de um feixe de luz incidindo no olho que possui um implante de lentes fácicas para correção do problema de visão apresentado é esquematizado por.

6. (VUNESP-UEA-MODELO ENEM) – Populações indígenas que não têm o hábito da leitura apresentam índices muito baixos de miopia. No entanto, quando esses índios se integram à sociedade ocidental e começam a ler e escrever, passam a apresentar uma incidência de miopia mais elevada.

No caso da miopia, a imagem se forma antes de chegar à retina, conforme ilustra a figura a seguir:

(http://www.portaldaoftalmologia.com.br.)

Miopia

http://saude.culturamix.com)

http://saude.culturamix.com)

O problema é geralmente corrigido com o uso de lentes

a) convergentes. 

b) divergentes. 

c) planas.

d) convexas. 

e) cilíndricas.

7. ? As lentes fotocromáticas escurecem quando expostas à luz solar por causa de reações químicas reversíveis entre uma espécie incolor e outra colorida. Diversas reações podem ser utilizadas, e a escolha do melhor reagente para esse fim se baseia em três principais aspectos: (i) o quanto escurece a lente; (ii) o tempo de escurecimento quando exposta à luz solar; e (iii) o tempo de esmaecimento em ambiente sem forte luz solar. A transmitância indica a razão entre a quantidade de luz que atravessa o meio e a quantidade de luz que incide sobre ele.

Durante um teste de controle para o desenvolvimento de novas lentes fotocromáticas, foram analisadas cinco amostras, que utilizam reagentes químicos diferentes. No quadro, são apresentados os resultados.

Amostra	Tempo de escurecimento (segundo)	Tempo de esmaecimento (segundo)	Transmitância média da lente quando exposta à luz solar (%)
1	20	50	80
2	40	30	90
3	20	30	50
4	50	50	50
5	40	20	95

Considerando os três aspectos, qual é a melhor amostra de lente fotocromática para se utilizar em óculos?

a) 1 

b) 2 

c) 3 

d) 4 

e) 5

8. ? Sabe-se que o olho humano não consegue diferenciar componentes de cores e vê apenas a cor resultante, diferentemente do ouvido, que consegue distinguir, por exemplo, dois instrumentos diferentes tocados simultaneamente. Os raios luminosos do espectro visível, que têm comprimento de onda entre 380 nm e 780 nm, incidem na córnea, passam pelo cristalino e são projetados na retina. Na retina, encontram-se dois tipos de fotorreceptores, os cones e os bastonetes, que convertem a cor e a intensidade da luz recebida em impulsos nervosos. Os cones distinguem as cores primárias; vermelho, verde e azul, e os bastonetes diferenciam apenas níveis de intensidade, sem separar comprimentos de onda. Os impulsos nervosos produzidos são enviados ao cérebro por meio do nervo óptico, para que se dê a percepção da imagem.

Um indivíduo que, por alguma deficiência, não consegue captar as informações transmitidas pelos cones, perceberá um objeto branco, iluminado apenas por luz vermelha, como

a) um objeto indefinido, pois as células que captam a luz estão inativas.

b) um objeto rosa, pois haverá mistura da luz vermelha com o branco do objeto.

c) um objeto verde, pois o olho não consegue diferenciar componentes de cores.

d) um objeto cinza, pois os bastonetes captam luminosidade, porém não diferenciam cor.

e) um objeto vermelho, pois a retina capta a luz refletida pelo objeto, transformando-a em vermelho.

Gabarito

1. RESOLUÇÃO:

As células sensoriais da visão são os cones e os bastonetes, localizadas na retina. Essas células convertem a energia luminosa incidente sobre elas em energia elétrica, que chega ao cérebro por meio de microcorrentes elétricas que fluem através do nervo óptico.

As células cones são responsáveis pela visão de cores, enquanto as células bastonetes respondem pela visão do preto e do branco, bem como dos diversos tons de cinza.

Resposta: A

2. RESOLUÇÃO:

Considerando-se que a lente do olho (cristalino) seja biconvexa, banhada nas duas faces pelo mesmo meio, tem-se, pela equação dos fabricantes de lentes (Equação de Halley):

Com n_rel constante, a diminuição do raio de curvatura, R, implica a diminuição da distância focal, f (função diretamente proporcional).

Por outro lado, a redução de f torna a lente mais convergente, isto é, aumenta a vergência V, que é dada por:

Resposta: E

3. RESOLUÇÃO:

Considerando-se as três lentes fabricadas de materiais mais refringentes que os respectivos meios externos, tem-se:

Lente B (bordas finas):

Convergente e adequada à correção da hipermetropia.

Lentes A e C (bordas grossas):

Divergentes e adequadas à correção da miopia.

Resposta: D

4. RESOLUÇÃO:

O globo ocular do indivíduo é achatado na direção ânteroposterior (“olho curto"), fazendo com que a imagem de um objeto remoto se forme além da retina.

O defeito visual é denominado hipermetropia e a correção é feita com uma lente convergente (lente “positiva").

Resposta: E

5. RESOLUÇÃO:

A lente fácica (LF) para correção da miopia, a ser implantada na córnea do paciente, deve ser divergente com foco principal imagem (F’) coincidente com o ponto remoto do olho míope (PR_M). O cristalino (C) projeta a imagem final sobre a retina (R), como indica o esquema a seguir.

Resposta: B

6. RESOLUÇÃO:

A correção da miopia é feita com lentes esféricas divergentes. No caso de as lentes serem mais refringentes que o ar, suas bordas são grossas, como sugerem os esquemas a seguir.

Resposta: B

7. RESOLUÇÃO:

A lente fotocromática ideal deve ter os tempos de escurecimento e esmaecimento mínimos. Além disso, a transmitância média, prioritária na escolha, deve contemplar valores máximos em ambientes escuros e mínimos em ambientes claros. O valor de 50% de transmitância média atende de forma eficiente os dois casos. A lente que melhor contempla as ponderações acima é a citada na alternativa c.

Resposta: C

8. RESOLUÇÃO:

Se o indivíduo possui deficiência no correto desempenho das células sensoriais do tipo cones, ele não distinguirá cores. Seus bastonetes, porém, possibilitarão a percepção das diversas gradações de cinza. Por isso, o indivíduo perceberá acinzentado o objeto branco iluminado por luz vermelha.

Resposta: D