Física em Tablets: Obtendo Fotografias Macro com a Técnica da Gota d'água

## OBTENDO FOTOGRAFIAS MACRO COM A TÉCNICA DA GOTA D'ÁGUA

## Leonardo Pereira Vieira , Vitor de Oliveira Moraes Lara 1 2

1 Universidade Federal do Rio de Janeiro/Instituto de Física/leofaraday@gmail.com 2 Universidade Federal Fluminense/Instituto de Física/vitorlara31@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho, apresentamos uma maneira simples de obter macrofotografias (fotografias ampliadas), utilizando um tablet ou smartphone. Discutiremos inicialmente a técnica empregada, que consiste essencialmente na colocação de uma gota de água sobre a lente da câmera, transformando-a em um 'microscópio funcional' com ótimo poder de ampliação e qualidade nas imagens, se a câmera do dispositivo móvel de comunicação permitir. Em seguida, exploramos algumas aplicações ao ensino de Ciências nos níveis fundamental e médio. Conforme discutido no texto, a simplicidade e poder da técnica podem torná-la uma boa ferramenta didática para uso em diversas disciplinas, como Ciências, Biologia e Física, voltando-se para vários propósitos pedagógicos, que vão desde a motivação a aprendizagem de um dado assunto a investigação efetiva de um fenômeno. Imagens como a da figura (1) podem ser produzidas com extrema facilidade por alunos de vários seguimentos, fazendo uso de um dispositivo amplamente difundido entre eles, o que motiva e estimula a participação do educando na construção da aprendizagem.

Figura 01: Mosca do tipo muscadoméstica aumentada de 150X.

<!-- image -->

Palavras-chave: macrofotografia, gota d'água, ensino e atividades

## I. INTRODUÇÃO

Este trabalho tem como objetivo mostrar algumas aplicações de uma câmera fotográfica comum encontrada em tablets e aparelhos celulares. Com certa facilidade, usando apenas uma gota d'água, podemos transformar a câmera em um microscópio funcional e portátil com até 150X de aumento, abrindo todo um leque de aplicações para o ensino de Física, Biologia e Ciências no ensino fundamental e médio. A técnica não é nova e foi desenvolvida e utilizada anteriormente nas referências. Entretanto, não há, até onde sabemos, um trabalho que explore e divulgue aplicações desta técnica em uma perspectiva didática. Como veremos a

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

seguir, colocando uma gota d'água sobre a lente da câmera do aparelho obtemos fotografias como a mostrada na figura 1, que podem ser exploradas em inúmeras situações de sala de aula.

Dividimos este texto em seções que tratam da técnica (seção II) e das aplicações em vários segmentos de ensino (seção III). E finalmente encerramos com algumas conclusões e perspectivas.

## II. A Técnica

Para transformar uma câmera como a de um tablet ou celular em um microscópio funcional (e com isso obter boas fotografias macro), basta acomodar uma gota de água sobre a lâmina de vidro que protege a lente convergente da câmera. Com isso, efetivamente acoplamos uma segunda lente convergente cuja dioptria vai de 300 a 1000 m -1 (distância focal de 1 a 3 mm; obtivemos esses números incidindo um feixe laser sobre gotas acomodadas em uma lamínula de microscópio e medindo as distâncias focais com um paquímetro). Devido à enorme ampliação, o campo visual da câmera diminui consideravelmente, o que exige maior proximidade do objeto a ser fotografado para que se possa obter uma imagem nítida. Para mostrar o poder de ampliação da técnica e a necessidade de aproximação entre objeto e câmera, aproximamos uma caneta verde da mesma, conforme podese ver na figura 2.

Figura 02: Fotografia de uma caneta e sua imagem gerada em um tablet com a técnica da gota. A caneta e a lente da câmera, coberta pela gota, podem ser vistas no canto superior direito da figura. Repare que para formar uma imagem nítida da caneta, é necessário aproximá-la da gota (cerca de 3 mm ), conforme discutido no texto.

<!-- image -->

Para aplicar a gota sobre o dispositivo, basta molhar um de seus dedos e movê-lo cuidadosamente (para que a gota permaneça em seu dedo) até a lâmina.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Ao encostar a porção d'água que está em seu dedo na lâmina, as forças de adesão e coesão (NUSSENZVEIG, 2008) darão conta de acomodá-la, como se vê na figura 3.

Figura 03: Fotografia de uma gota sendo acomodada à lâmina protetora da câmera de um 'tablet'.

<!-- image -->

É comum em muitos aparelhos a existência de uma segunda câmera localizada na frente do dispositivo, você é livre para escolher onde acomodar a gota. Entretanto, vale à pena consultar o manual do dispositivo, pois essa câmera tende a ter qualidade inferior, ou seja, produz imagens com menor resolução.

Frequentemente, a luminosidade ambiente não é suficiente para captura de boas fotos (isso se deve a diminuição do campo visual da câmera). Para contornar essa dificuldade podemos usar uma lanterna para iluminar o objeto de estudo.

Uma vez descrito o procedimento e condições necessárias para a produção de fotografias macro discutidas nesta seção, vamos passar a algumas aplicações didáticas desta técnica.

## III. Aplicações

## A. Física

A técnica descrita acima foi utilizada nas aulas de Física de alguns colégios de nível médio onde um dos autores leciona. Foram exploradas duas perspectivas distintas desse arranjo. A primeira delas teve como objetivo motivar o ensino das lentes e a segunda explorou a bi-refringência de grãos de açúcar.

No estudo das lentes, a técnica foi apresentada aos educandos do 1° ano, com o objetivo de motivá-los para o assunto em questão. Pedimos que os alunos aplicassem a técnica para obter fotografias de 3 objetos que eles julgassem interessantes para uma observação ampliada. Recebemos imagens de diversas espécies de animais, vegetais e objetos de uso cotidiano. Alguns exemplos podem ser vistos na figura 4.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 04: À esquerda temos um lápis ampliado (cerca de 60X ) e à direita uma mosca varejeira (ou mosca-dacarne), pertencente à família Sarcophagidae .

<!-- image -->

A segunda aplicação, referente aos grãos de açúcar, consistiu em repousar aleatoriamente grãos de açúcar sobre uma lâmina polarizadora (HECHT, 2001), iluminada por baixo por uma fonte de luz difusa. Ao aproximar a câmera desse arranjo podemos perceber grãos iluminados (de maneira translúcida) e totalmente apagados, veja a figura 5.

Figura 05: Imagem ampliada de grãos de açúcar, sobre um polaróide, evidenciando o fenômeno da bi-refringência.

<!-- image -->

É importante notar o papel da macrofotografia neste estudo: só podemos observar essas características com uma boa ampliação da imagem. Os grãos têm em média um diâmetro de 0.1 mm . Devido a esta pequena escala de comprimento, não somos capazes de observar a luz que atravessa os grãos a olho nu. à medida que a luz plano-polarizada atravessa um determinado grão, ela pode seguir em duas direções distintas; entretanto, apenas a que segue em direção à câmera pode ser observada. Devido a isto, temos algumas imagens distintas, de grãos translúcidos e de grãos mais escuros (HECHT, 2001).

## B. Ciências no Ensino Fundamental

No ensino fundamental exploramos a técnica com alunos do 6 ao 9 anos o o em várias frentes distintas, como o estudo dos solos e grãos, e de partes do corpo

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

humano. Outras aplicações envolveram o estudo da Botânica, da Entomologia e da visão em cores.

No estudo dos solos, um dos autores deste trabalho utilizou a técnica para que os alunos do 7° ano pudessem perceber as diferentes características que minerais podem apresentar. Como exemplo, foram feitas comparações entre pedras magmáticas e calcárias. E assim, depois de motivar os estudantes, discutimos a origem de cada uma delas.

Já com o corpo humano, partes como a língua foram exploradas a fim de se estudar as formas das papilas gustativas. No caso das unhas e dos dedos foram evidenciadas minúsculas ranhuras e imperfeições. Além disso, pôde-se discutir a necessidade da manutenção da higiene pessoal, uma vez que diversas partículas de poeira foram observadas. Pôde-se constatar também a existência de pêlos entre os sulcos digitais humanos.

No estudo da Botânica e da Entomologia, um professor de Biologia coletou diversos espécimes de vegetais e insetos. Com base nas macrofografias dos espécimes discutiu-se com alguns estudantes diversas características morfológicas destes seres. Na figura à esquerda, Figura 6, podemos ver uma fotografia ampliada de uma folha. Nesta imagem, o ponto branco destacado refere-se à células macroscópicas, conhecidas como estômatos. Também na figura 6, temos a fotografia de um percevejo fêmea. Realçamos nesta imagem parte do aparelho respiratório e sexual desta espécie.

<!-- image -->

Figura 06: À esquerda, temos a imagem de uma folha de uma planta do gênero Malvaviscus , família Malvaceae, a mesma do algodoeiro, onde destacamos os estômatos, aberturas destinadas à trocas gasosas dafotossíntese / respiração / transpiração. Já o inseto à direita é um percevejo fêmea, da ordem Hemiptera, família Pentatomidae. Na foto podemos ver os espiráculos, aberturas respiratórias em cada segmento do abdome, e no final do abdome estão as valvas do ovipositor, que são parte da genitália feminina externa.

<!-- image -->

Também aplicamos a técnica da gota para ampliar um display LCD de um tablet de um dos estudantes do 9° ano do Ensino Fundamental. Nosso objetivo era estudar a formação das cores, por meio da mistura de comprimentos de ondas distintos. Na figura 7 temos a foto em tamanho real de uma tela LCD de um tablet . Em volta desta imagem, podemos observar as imagens ampliadas de cada uma das regiões indicadas. Podemos ver que um pixel é formado por 3 células distintas que deixam passar, respectivamente, vermelho, verde e azul, as chamadas cores primárias. Controlando a intensidade da luz de cada uma dessas células, o LCD forma um ponto com uma cor secundária específica. Como cada pixel tem por volta

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

de 0,096 mm, não somos capazes de distingui-los a olho nu, o que nos dá a impressão de uma imagem contínua. Na imagem 7 podemos ver que o branco se forma quando os pixels deixam passar com a mesma intensidade o verde, o vermelho e o azul. Todas as outras cores são formadas por este mecanismo: basta ajustar a intensidade de cada uma das cores primárias.

Figura 07: Imagem que mostra como a combinação das cores fundamentais (vermelho, verde e azul) gera todas as cores que vemos em uma tela LCD (em cores na verso).

<!-- image -->

## C. Medidas com macrofotografias

Trabalhamos também noções de ordens de grandeza a partir das macrofotografias. Medimos, por exemplo, a espessura de um fio de cabelo. A ideia foi a seguinte: prendemos o fio de cabelo sobre o nônio de um paquímetro, utilizando fita adesiva. Em seguida, tiramos uma fotografia ampliada desta montagem, conforme pode-se ver na figura 8.

Figura 08: Imagem de um fio cabelo preso a um paquímetro. Conforme discutido no texto estimamos a espessura deste em 0.09 mm .

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Depois, com o auxílio de um programa de edição de imagens (nesse estudo utilizamos o software livre (G. US, 2012), medimos o comprimento de referência dado pelo nônio (um milímetro) e o do fio de cabelo, contando os pixels . Com este procedimento, fomos capazes de estimar o diâmetro do fio de cabelo em 0.09 mm , relativamente próximo do que foi obtido por meio de difração na referência \cite{fio\_de\_cabelo}.

Além disto, também estimamos com os estudantes o aumento obtido na fotografia da figura 8. Para fazer isto, imprimimos em papel a imagem em vários tamanhos distintos, até o limite de boa qualidade da impressão (fizemos isto para que pudéssemos determinar o aumento relativo - e posteriormente absoluto - das dimensões). Com uma régua medimos o tamanho efetivo do cabelo nas folhas. De posse destes dados, os alunos também foram capazes de estimar a ampliação da imagem impressa no papel.

## IV. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS

Neste trabalho discutimos diversas aplicações de macrofotografias obtidas com a técnica da gota nos níveis fundamental e médio. Entretanto, não pretendemos ter feito aqui uma listagem exaustiva de todas as possíveis aplicações. O leitor pode realizar suas próprias experiências e propostas de atividades. Finalmente, cabe ressaltar a simplicidade e a riqueza de possibilidades oferecidas por esta técnica, que pode se tornar uma boa ferramenta didática em sala de aula.

## AGRADECIMENTOS

Os autores são gratos à CAPES pelo apoio financeiro, e ao IFRJ-São Gonçalo e Centro Educacional de Niterói pela permissão para a realização das atividades que relatamos neste trabalho. Também somos especialmente gratos ao professor Leonardo Rocha (IFRJ) por fornecer diversas informações relativas aos espécimes coletados e participação nas atividades relacionadas à Biologia, ao professor Carlos E. Aguiar (IF-UFRJ) e ao doutorando em Física Marlon F. Ramos (PUC-RJ) pela leitura criteriosa e sugestões interessantes, e a todos os estudantes envolvidos nestas atividades.

## Referências

COLIN JOHNSON, R. iPhone Microscope Diagnoses Disease . U.S, 2011. Disponível em: http://www.smartertechnology.com/c/a/Business-Analytics/iPhoneMicroscope-Diagnoses-Disease/. Acesso em: 05 outubro 2012.

HECHT, E. Optics . 4.ed. MA: Ed. Addison Wesley, 2001.

LOPES, E. M; LABURÚ, C.E. Diâmetro de um fio de cabelo por difração (um experimento simples). Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Florianópolis, SC, Brasil, v. 21 , n. Especial - novembro de 2004.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

NUSSENZVEIG. H.M. Curso de Física Básica . v. 2. São Paulo: Ed. Edgard Blucher, 2008.

- U.S. Gimp . Disponível em:http://www.gimp.org/ . Acesso em: 01 outubro 2012.

WILD, A. Transform your iphone into a microscope just add water , 2012. Disponível em: http://blogs.scientificamerican.com/compoundeye/2012/03/12/transform-your-iphone-into-a-microscope-just-add-water. Acesso em: 05 outubro 2012.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_