A batuta mágica
(Um modo de ver as coisas "no ar")

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação

Quando você assiste a uma sessão de slides ou a um bom filme, onde está a cena que você vê?
Está no filme? No ar? Na tela? No olho do espectador?
Por que num cinema os espectadores não se sentam de frente para o projetor?
Aquele feixe divergente de luz que sai de um projetor de slide pode produzir uma imagem real?

Esse experimento simples que intitulamos de Batuta Mágica, pertencente ao campo da óptica, o ajudará a investigar tudo isso e dará boas noções de "como você vê".

Material
Um projetor de slide com slides de 35 mm,
Uma tela móvel ou um bom pedaço de papelão branco,
Um lápis branco ou uma leve vareta de madeira pintado de branco.

Montagem
No centro da sala de demonstrações, coloque a tela móvel a cerca de 2 metros à frente do projetor de slides. Coloque o diapositivo (slide) no projetor, ligue-o e focalize a imagem na tela.

Procedimento

Primeira observação
Com alguma poeira de giz ou, melhor ainda, queimando um bastão de incenso para produzir alguma fumaça, deixe visível para a platéia o tipo de pincel de luz emitido pelo projetor. É "nitidamente" um pincel emergente (do projetor), cônico e divergente (vai abrindo conforme afasta-se da fonte).

Chame a atenção para o fato de que os livros de Óptica citam que as imagens reais (projetadas sobre anteparos) só podem ser formadas por pincéis incidentes (no anteparo), cônicos e convergentes. 
Uma pergunta fica no ar: como, então, a imagem pode ser formada na tela com essa luz divergente? Continuemos.

Então, remova a tela.

Esse experimento funcionará melhor em ambiente obscurecido e quando a luz proveniente do projetor sair fora do ambiente (por uma porta ou janela) após passar pela região onde estava a tela. Outro recurso, no ambiente escuro, é colocar uma cortina preta logo após a posição onde estava a tela.

A batuta deve estar pintada de branco fosco. Ela pode ser um tarugo de seção reta cilíndrica (cerca de 1,5 cm de diâmetro) ou de seção quadrada (1,5 cm de lado) com cerca de 80 cm de comprimento.

Segunda observação
Segure a batuta horizontalmente no lugar onde a cena foi projetada na tela. A seguir, agite rapidamente essa vareta para cima e para baixo sacudindo seu pulso. Observe como a cena aparece nitidamente com os movimentos da batuta. Procure dar à batuta uma amplitude de movimento de vai-vem do mesmo tamanho da cena projetada. Faça com que todos observem que a imagem aparece completa, sem falhas.

Terceira observação
Agite a batuta fazendo, agora, um certo ângulo com a vertical. Solicite que observem bem como fica a imagem. Gire a batuta para produzir um cilindro ou mesmo um cone. Novamente chame a atenção para que observem o "jeitão" da imagem. Faça com que todos notem as deformações produzidas com esses movimentos da batuta.

A seguir, vem as explicações:

A primeira observação requer um repasse. A primeira parte, jogar alguma fumaça no ambiente e mostrar um feixe de luz cônico proveniente do projetor, tudo bem, mas, na segunda parte, foi feita uma afirmação incorreta ao afirmarmos que o pincel é "divergente" pelo simples fato dele abrir ao afastar-se da fonte.

A luz proveniente da lâmpada do projetor é realmente um feixe divergente de luz (todas as fontes naturais de luz têm esse comportamento) mas, antes de sair do projetor ela passa através de lentes, do diapositivo (onde ocorrem filtragens e absorções --- por isso o slide esquenta!) e, novamente por um sistema de lentes que torna aquela porção de luz que atravessa o slide num conjunto de feixes convergentes.

Cada ponto iluminado do slide comporta-se como objeto real e o sistema de lentes converge a luz dele proveniente num outro ponto de luz --- sua imagem real. É esse conjunto de pincéis convergentes que, ao sair do projetor, assume a forma de um cone de luz. Com a devida focalização na tela, cada pincel que abandona o projetor, converge sobre ela definindo o correspondente ponto imagem.

Quando você for ao Cinema da sua localidade, observe a luz que sai lá daquele pequeno buraco na parede de trás e abre-se para atingir toda a tela colocada na parede da frente. A primeira impressão é que se trata de um grosso pincel 'divergente'. Falsa impressão, são incontáveis pequenos pincéis convergindo para pontos distintos na tela.

Conclusão: é falsa a idéia de que o feixe que sai do projetor é "nitidamente" divergente (por isso o colocamos entres aspas no texto).

Passemos para a segunda observação. Você pode começar as explicações dizendo que, mesmo antes de agitar a vareta, a imagem já estava "enfocada no ar". Mas, ela não pode ser vista a menos que "algo" reflita a luz para seus olhos. A batuta móvel reflete a luz do mesmo modo que a tela o faz para formar a imagem vista pelos espectadores, apenas o faz pedaço por pedaço. É essa luz refletida que entra em seus olhos que produz a imagem sobre suas retinas.

Com o agitar da batuta, porções de luz refletida chegam à retina, sucessivamente, uma após a outra. Se a retina, ao receber essas porções de luz, simplesmente enviasse as informações ao cérebro e extinguisse os estímulos, o cérebro iria "desenhar" uma imagem também aos pedaços. Não é isso que acontece.

Nós apresentamos uma "anomalia" na visão denominada persistência retiniana (ou uma persistência de visão) que consiste na retenção do estímulo em pelo menos 0,1 de segundo --- tempo suficiente para que o cérebro possa reunir todas as partes de modo a formar um quadro completo. Essa persistência significa que, após um estímulo (entrada de luz no olho), mesmo que a luz desapareça, a retina continuará a enviar sinais para o cérebro durante essa fração do segundo --- mesmo sem luz, continuamos a enxergar! Os culpados pela retenção dessas "falsas percepções" são os cones e bastonetes, nossos sensores de luz --- eles continuam a enviar sinais elétricos para o cérebro mesmo depois da extinção do breve pulso de luz.

É graças a essa "anomalia" que podemos "ver televisão", ver raios de rodas girando para trás enquanto o veículo vai para a frente, "ver cinema" etc.

Expliquemos a técnica da TV
Um ponto brilhante é produzido quando o feixe de elétrons colide, na face interna da tela, com a camada luminescente (sais de fósforo). Esse ponto luminoso varre a tela, de cima para baixo, linha por linhas. São varridas 625 linhas, 25 vezes por segundo. Cada linha terá suas informações retidas na retina durante cerca de 1/10 do segundo, tempo suficiente para que o quadro completo seja "montado" no cérebro. Você não verá o ponto luminoso percorrer a tela e sim o quadro todo, a imagem da cena real.

No cinema, são projetados 48 quadros estáticos sucessivos, levemente diferente um dos outros. É a persistência retiniana que lhe proporciona a sensação de movimento sem qualquer cintilação.

Com a montagem proposta, você pode fazer uma demonstração em 3-D (três dimensões).

Obtenha um slide de uma figura simples, como um círculo branco, por exemplo. Segure, pela borda, um quadrado de papelão branco, na região onde estava a tela (posta para a focalização inicial).

A seguir movimente a placa de papelão para a frente e para trás, aproximando e afastando a mão do projetor. A imagem tomará a forma de um cilindro branco (3-D) suspenso no espaço. Novamente a persistência retiniana.

A terceira observação, das imagens deformadas quando você agita a vareta branca fazendo "cilindros ou cones" no ar, ilustra bem o problema dos mapas planos de projeção, comuns em cartografia. As deformações que ocorrem são do mesmo tipo daquelas que ocorrem quando detalhes sobre uma superfície esférica são mostrados por meio de uma figura plana. Os mapas de geografia são assim.

A explicação dada na primeira observação, de modo implícito, responde à pergunta: por que o observador não fica sentado de frente para o projetor, de modo que a luz incida diretamente em seus olhos?

Cuidado, a luz da maioria dos projetores é muito brilhante para expor seus olhos diretamente a ela. Porém, a resposta à questão é: porque ele não veria nada! O olho só pode formar imagens com a luz que de fato entra no olho. Quando você põe seus olhos onde estava a tela, somente uma parte bem pequena (porém muito brilhante) da imagem entra em seu olho. Desse modo você não poderá ver a imagem inteira.