O princípio de funcionamento de uma câmera fotográfica está associado principalmente
(A) à reflexão total interna.
(B) ao uso de espelhos planos.
(C) à difração da luz em fendas estreitas.
(D) à formação de imagem real em um sensor por meio de lentes convergentes.
(E) à formação de imagem virtual por meio de lentes divergentes.

Passo 1

O enunciado pergunta qual das alternativas descreve corretamente o princípio de funcionamento de uma câmera fotográfica. As alternativas são:
(A) à reflexão total interna.
(B) ao uso de espelhos planos.
(C) à difração da luz em fendas estreitas.
(D) à formação de imagem real em um sensor por meio de lentes convergentes.
(E) à formação de imagem virtual por meio de lentes divergentes.
O que é pedido: escolher a alternativa correta.
Informações relevantes dadas: as cinco opções acima (cada uma descreve um fenômeno óptico diferente).

Passo 2

Entendendo o que é imagem real e imagem virtual (conceito que vamos usar).
  • Uma imagem é dita real quando os raios de luz que saem do sistema óptico realmente se cruzam num ponto do espaço. Nesse caso a imagem pode ser projetada num anteparo (uma tela, ou um sensor).
  • Uma imagem é dita virtual quando os raios de luz não se cruzam realmente; eles apenas parecem divergir de um ponto atrás do sistema óptico. Uma imagem virtual não pode ser projetada numa tela — ela só é vista olhando-se através do sistema óptico.
Exemplo rápido e simples: se uma lente faz com que os raios se encontrem a 5 cm atrás dela, então há uma imagem real a 5 cm; se os raios parecem vir de 5 cm atrás da lente sem realmente se cruzar, então é virtual.

Passo 3

O que faz uma lente convergente e o que faz uma lente divergente.
  • Uma lente convergente (olho de peixe para frente mais estreita nas bordas) reúne raios paralelos vindo do infinito em torno de um ponto chamado foco. Se um objeto está a uma distância maior que a distância focal f da lente, a lente forma uma imagem real do objeto em uma posição dada pela equação da lente.
  • Uma lente divergente espalha os raios; ela forma imagens sempre virtuais para objetos reais (a imagem aparece do mesmo lado do objeto, atrás da lente quando vista pelo observador).
Esses comportamentos permitem diferenciar qual tipo de lente é apropriado quando se quer projetar uma imagem num sensor.

Passo 4

A fórmula que relaciona distâncias (fórmula da lente delgada) e como ela mostra que uma lente convergente pode formar imagem real. A fórmula é:
\frac{1}{f}=\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i},
onde \,f é a distância focal da lente, \,d_o é a distância do objeto até a lente, e \,d_i é a distância da imagem até a lente. Pelo sinal convensional, se \,d_i>0 a imagem é real e se \,d_i<0 a imagem é virtual.
Se o objeto estiver mais longe que f (isto é, \,d_o>f), então \,\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f}-\frac{1}{d_o} é positiva e portanto \,d_i>0: a lente convergente produz uma imagem real situada do outro lado da lente. Essa imagem pode ser colocada sobre um anteparo (tela) ou sobre o sensor de uma câmera.
Exemplo numérico prático (para ficar concreto): imaginar f=0{,}05\\ \mathrm{m} (50 mm, comum em câmeras) e objeto a d_o=2\\ \mathrm{m}. Então
\frac{1}{d_i}=\frac{1}{0{,}05}-\frac{1}{2}=20-0{,}5=19{,}5,
logo
d_i\approx\frac{1}{19{,}5}\approx0{,}0513\\ \mathrm{m},
ou seja, a imagem forma-se a cerca de 5{,}13\\ \mathrm{cm} da lente — um valor positivo, imagem real, que pode cair exatamente sobre o sensor da câmera.

Passo 5

Por que a câmera usa isso na prática (ligação com o enunciado).
  • Uma câmera tem um conjunto de lentes (objetiva) que, coletando a luz que vem do objeto, forma uma imagem real invertida em um plano onde fica o sensor (ou filme nas câmeras antigas). O sensor registra a intensidade (e, com filtros, as cores) da luz ponto a ponto dessa imagem real.
  • Além disso, a câmera tem abertura (pupila) e mecanismo de foco que desloca o sensor ou o grupo de lentes para colocar o plano de imagem exatamente sobre o sensor de acordo com a distância do objeto, seguindo a equação da lente mostrada no passo anterior.
Portanto o princípio básico é exatamente: formação de imagem real em um sensor por meio de lentes convergentes.

Passo 6

Eliminando as alternativas erradas, uma a uma, com razão clara e simples.
  • (A) reflexão total interna: esse fenômeno acontece quando luz passa de um meio mais refringente para um menos refringente acima de um certo ângulo (usado em fibras ópticas e prismas), não é o princípio principal de formação de imagem numa câmera. Logo (A) é incorreta.
  • (B) uso de espelhos planos: espelhos planos formam imagens virtuais (e do mesmo tamanho) e não projetam uma imagem real sobre um sensor. Câmeras modernas não usam espelhos planos como princípio de formação da imagem no sensor (há reflexos/espelhos em certas máquinas SLR, mas o espelho só direciona a imagem para o visor; a formação final no sensor é feita por lentes convergentes). Logo (B) é incorreta como “princípio principal”.
  • (C) difração em fendas estreitas: difração explica fenômenos de espalhamento e interferência quando a abertura é comparável ao comprimento de onda; não é o mecanismo principal de formar a imagem nítida numa câmera (difração impõe limites de resolução quando a abertura é muito pequena, mas não é o princípio de formação de imagem). Logo (C) é incorreta.
  • (E) formação de imagem virtual por lentes divergentes: lentes divergentes não projetam imagens reais em uma tela/sensor para objetos reais; portanto não servem como princípio para fazer a imagem no sensor. Logo (E) é incorreta.

Passo 7

Resposta direta com justificativa resumida: a descrição que corresponde ao funcionamento de uma câmera é a formação de imagem real em um sensor por meio de lentes convergentes, porque uma objetiva convergente reúne os raios e produz uma imagem real que o sensor pode captar. Por isso a alternativa correta é a (D).

Resposta

(D)

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