A Ótica da Visão
Nossos olhos: suas maravilhas e armadilhas.
Vamos conversar um pouco sobre a física e a fisiologia da visão humana. Aconselhamos a leitura das seções abaixo na ordem em que aparecem. Mas, se você acha que já sabe o conteúdo de alguma delas, pule para a seguinte.
O olho humano.
As principais partes do olho humano são:
A córnea: é a parte da frente do olho, onde vemos o branco do olho e a íris. A córnea normal é transparente e esférica.
O cristalino: é uma lente gelatinosa, elástica e convergente que focaliza a luz que entra no olho, formando imagens na retina. A distância focal do cristalino é modificada por movimentos de um anel de músculos, os músculos ciliares, permitindo ajustar a visão para objetos próximos ou distantes. Isso se chama de acomodação do olho à distância do objeto.
A convergência correta do cristalino faz com que a imagem de um objeto, formada na retina, fique nítida e bem definida. Se for maior ou menor que a necessária, a imagem fica fora de foco, como se costuma dizer. A imagem é real e invertida mas isso não tem importância já que todas as imagens também são invertidas e o cérebro se adapta a isso desde o nascimento.
O cristalino (lente) está inicialmente ajustado para uma dada distância do objeto. Se o objeto se aproxima, a imagem perde a nitidez. Para recuperá-la o cristalino se acomoda, aumentando a convergência, isto é diminuindo a distância focal.
A íris: é aquela parte circular que dá a cor do olho. É opaca mas tem uma abertura central, a PUPILA, por onde entra a luz. O diâmetro da pupila varia automaticamente com a intensidade da luz ambiente: no claro ela é estreita e no escuro se dilata. Seu diâmetro pode passar de 2 mm a 8 mm, aproximadamente. (Sobre isso há uma piada – se você quer conhecê-la, clique aqui).
A retina: é nela que se formam as imagens das coisas que vemos. A retina é composta de células sensíveis à luz, os cones e os bastonetes. Essas células transformam a energia luminosa das imagens em sinais nervosos que são transmitidos ao cérebro pelo nervo ótico. Normalmente, as imagens dos objetos que olhamos diretamente formam-se na região da retina bem na linha que passa pela pupila e pelo centro do cristalino, isto é, pelo eixo do globo ocular. Essa região, chamada de fóvea, é rica de cones, que são as células mais sensíveis à visão das cores. No resto da retina praticamente só tem bastonetes que são menos sensíveis às cores mas são mais sensíveis à baixa intensidade de luz. Na semi-obscuridade são os bastonetes que se encarregam de nossa visão: por isso se diz que à noite todos os gatos são pardos.
Na posição de onde sai o nervo ótico fica o chamado ponto cego. Nesse ponto não existem cones nem bastonetes e uma imagem que se forme sobre ele não é vista. Para comprovar isto faça o seguinte teste: feche seu olho esquerdo e, fixando a cruz com o olho direito, mova a cabeça para frente e para trás até que o círculo preto desapareça. Isso se dá quando a imagem do círculo preto cai sobre o ponto cego.
Alguns defeitos da visão e suas correções.
Os defeitos (não são doenças) mais comuns da visão humana são:
A miopia: um míope não consegue ver objetos distantes com nitidez porque as imagens desses objetos formam-se antes da retina. Isso acontece por excesso de curvatura no cristalino ou na córnea, ou nos dois, ou ainda por um excessivo alongamento do globo ocular. Para corrigir a miopia são usadas lentes divergentes que deslocam as imagens um pouco mais para trás.
A hipermotropia: um hipermétrope não consegue ver objetos próximos com nitidez porque as imagens desses objetos se formam atrás da retina. Isso acontece, geralmente, porque o cristalino não consegue se acomodar, isto é, atingir a convergência necessária para focalizar essas imagens na retina.
Praticamente todo mundo fica nessa condição a partir da meia idade pois os músculos ciliares vão perdendo a elasticidade. Nesse caso, o defeito costuma ser chamado de presbiopia. Para corrigir a hipermetropia ou presbiopia usam-se lentes convergentes que deslocam as imagens um pouco mais para frente.
O astigmatismo: é um pouco mais complicado de descrever. Normalmente, a córnea é uma superfície esférica, com a mesma curvatura em todas as direções. Se, no entanto, ela se achata em alguma direção as imagens na retina ficam desfocadas nessa direção. A figura ao lado mostra, muito esquematicamente, como seriam vistos os raios de uma roda de bicicleta por uma pessoa com astigmatismo na direção que faz 45° com a horizontal.
Muita gente tem astigmatismo em algum olho ou nos dois e não sabe. Faça o seguinte teste: feche um dos olhos e olhe para uma luz distante, à noite. Pode ser uma lâmpada ao longe ou uma estrela. Se você consegue ver um ponto de luz mais ou menos circular, tudo bem. Se o que vê é uma forma alongada em alguma direção, você provavelmente tem astigmatismo.
A visão binocular.
O que um olho vê é sempre um pouco diferente do que o outro olho vê. Ponha um dedo a meia distância entre seus olhos e a tela do computador e olhe primeiro com um olho e depois com o outro, sem mover a cabeça. Você verá que um dos olhos vê algumas letras que o outro não vê e vice-versa, pois ficam encobertas pelo dedo.
Essa diferença contribui para que a gente veja os objetos em três dimensões, apesar das imagens na retina serem planas. O cérebro leva em conta as diferenças entre as imagens e se encarrega de “fundí-las” em uma imagem única estereoscópica, isto é, tridimensional. Ninguém sabe direito como o cérebro faz isso. Provavelmente, a tensão sobre os músculos ciliares tem alguma influência.
É possível simular a visão estereoscópica com pares de figuras que mostram o que se vê com cada olho. Recentemente, livros com esse tipo de figuras foram um grande sucesso de vendas. Nem todo mundo consegue ver o efeito desejado mas vale a pena tentar.
Olhe a figura ao lado de uma distância de uns 25 cm, mais ou menos, fixando a direção da visão no traço vertical do centro, como se quisesse ver um objeto distante nessa direção. Relaxe e com um pouco de prática você verá as imagens das figuras laterais se fundirem em uma só. Se conseguir isso, você verá três imagens, sendo que a central aparece como tridimensional.
Fazendo isso, eu vejo a pirâmide como o objeto mais distante e a prancha como o objeto mais próximo. E você?
Além de dar a sensação de profundidade, a visão binocular também contribui para a sensação de brilho que temos ao olhar para objetos polidos. O físico alemão Helmoltz escreveu o seguinte sobre esse efeito:
“Duas imagens estereoscópicas, uma representando uma superfície em preto e outra em branco, ao se fundirem resultam em uma única imagem brilhante como o grafite polido”.
Faça a mesma experiência de antes com a figura ao lado e verá o efeito descrito. A razão para esse resultado reside na forma diferente como a luz é refletida de uma superfície fosca e de outra polida. A superfície fosca difunde a luz em todas as direções de modo que a luminosidade vista por um olho é semelhante à vista pelo outro. Já a superfície polida reflete a luz em uma direção determinada. Por essa razão, a imagem da superfície vista por um olho pode ser bem mais luminosa que a imagem vista pelo outro. A fusão das duas imagens é interpretada pelo cérebro como uma sensação de brilho.
Como olhar uma fotografia.
Uma fotografia é uma representação plana, bidimensional, de um objeto tridimensional. Quando a olhamos com os dois olhos vemos uma imagem sem relevo. Entretanto, é possível recuperar, pelo menos em parte, o efeito estereoscópico. Para isso, é necessário:
1) Olhar a fotografia com apenas um olho.
2) Colocá-la a uma distância conveniente.
A distância conveniente é, aproximadamente, a distância focal da lente da câmera que captou a fotografia. Acontece que essa distância é muito curta e um olho normal não consegue focalizar objetos mais próximos que uns 25 centímetros.
Mas, um míope consegue. Se você é míope faça esse teste. Tire os óculos, feche um dos olhos e aproxime o outro olho da fotografia abaixo. Tentando diferentes distâncias você pode achar uma na qual a imagem apresenta um relevo tridimensional bem satisfatório. Eis aí uma vantagem de ser míope! Outra vantagem é achar as pessoas mais bonitas do que realmente são.
E quem não é míope? Uma pessoa de visão normal pode conseguir o mesmo efeito usando uma lupa, ou lente de aumento. Olhando a fotografia com um olho só, através da lupa, a imagem adquire relevo. Experimente.
Mesmo com os dois olhos abertos é possível obter um bom efeito de relevo se olharmos a imagem sob o mesmo ângulo que a câmera quando captou a fotografia. Isso vale também no cinema. Suponha que a largura da película seja 24 mm e a distância focal da câmera seja 75 mm (valores típicos). Isso significa que a razão 75/24 , aproximadamente 3, deve ser usada para escolher o lugar a sentar no cinema. Se a imagem na tela tiver 8 metros de largura, o melhor lugar para ver o filme fica a 3 x 8 = 24 metros da tela.
Ilusões de ótica.
Se você leu NÃO PARE NA PISTA no cartaz ao lado é melhor olhar de novo. Tem gente que olha várias vezes e não vê onde está o erro. Teste com seus amigos. Esse fenômeno deve-se a uma mania muito comum de ver os padrões globalmente, sem notar os detalhes. Os psicólogos chamam isso de Gestalt. Vamos mostrar outras ilusões que achamos interessantes e tentar explicá-las, quando possível.
Comecemos por uma bem simples. Os três círculos pretos têm o mesmo raio. Olhe a figura de uma distância de 2 a 3 metros e diga quantos círculos pretos iguais a esses cabem no intervalo entre o círculo de baixo e um dos de cima.
Quatro? Cinco? Faça o teste e depois volte para ler o texto a seguir.
Na verdade, só cabem três círculos pretos entre o de baixo e um dos de cima. Você pode comprovar isso com uma régua.
Acontece que, para nossos olhos, imagens de objetos escuros parecem menores que imagens claras. Por efeitos de difração e de aberração esférica os contornos das imagens claras são cercados por franjas claras, aumentando suas dimensões na retina.
Nas figuras abaixo é difícil crer que as curvas são círculos concêntricos. Para se convencer disso siga uma delas com a ponta de um lápis.
Não há uma explicação simples para esses efeitos. Algumas teorias dizem que dependem dos movimentos involuntários dos músculos ciliares, associados à confusão criada pelo fundo das figuras. Fazendo essas figuras se deslocarem na tela do computador (desloque o mouse na barra de rolagem), as curvas parecem girar.
O diâmetro aparente da Lua.
Essa é uma das ilusões mais intrigantes: o diâmetro aparente da Lua cheia, quando nasce no leste, parece muito maior que seis horas mais tarde, quando a Lua está sobre nossas cabeças. A explicação mais aceita atribui esse efeito ao contraste com o tamanho dos objetos terrestres distantes, como casas e árvores.
Quanto mais longe o objeto, menor o tamanho da imagem que ele projeta sobre nossas retinas. Nosso cérebro se acostuma, desde que nascemos, a associar pequenas imagens de objetos cujo tamanho conhecemos ao fato deles estarem distantes de nós. Ora, o tamanho da imagem da Lua na retina não muda durante a noite. A comparação com as imagens de objetos terrestres distantes, quando ela está no horizonte, faz com que ela pareça enorme.
Faça a seguinte experiência, na próxima Lua cheia. Quando ela surgir no horizonte meça seu diâmetro aparente esticando o braço com um lápis na mão. Marque o ângulo de visada com a unha. Seis horas depois faça o mesmo, deitado(a) no chão. Assim, você constatará que o ângulo de visada é o mesmo nos dois casos.
Influência do contraste e da perspectiva.
A forma como vemos um objeto depende do ambiente em que ele está. Por exemplo, o círculo ao lado parece achatado no topo mas não é.
O contraste entre as áreas claras e escuras da grade ao lado faz a gente ver manchas cinzas inexistentes nas junções das barras claras.
A ilusão na figura abaixo é impressionante. É difícil acreditar mas o tom de cinza do quadrado claro que está na sombra do cilindro é o mesmo tom de cinza de um quadrado escuro fora da sombra, na borda do tabuleiro. Se não acredita salve a imagem (clique com o lado direito do mouse) e leve-a para um programa tipo Paint. Lá, recorte um quadrado claro perto do cilindro, leve-o para perto de um escuro na borda do tabuleiro e compare os dois.
A perspectiva também costuma iludir nossos olhos. Os tampos das duas mesas na figura abaixo são rigorosamente iguais, isto é, têm o mesmo comprimento e a mesma largura. Comprove isto com uma régua.
MORAL DA HISTÓRIA
Nossos olhos são instrumentos maravilhosos mas, de vez em quando, se juntam ao nosso cérebro para nos enganar. Sabendo disso, não acredite piamente quando alguém lhe jurar que viu discos voadores, almas do outro mundo ou lobisomens. Mesmo se a pessoa for sincera e honesta é quase certo que tenha sido enganada por uma ilusão de ótica.
Para ver mais ilusões de ótica recomendamos uma visita ao site ILLUSIONWORKS que tem várias figuras e animações interessantes.
