Su vida no sería la misma sin lentes. Ya sea que necesite usar lentes correctivos o no, no puede ver una imagen clara de nada sin algún tipo de lentes para doblar los rayos de luz que los atraviesan en un solo punto focal.

Los científicos dependen de microscopios y telescopios para permitirles ver objetos muy pequeños o distantes, excepto ampliados hasta el punto en que puedan extraer datos u observaciones útiles de las imágenes. Y se utilizan exactamente los mismos principios para garantizar que tenga una cámara que pueda ayudarlo a tomar la selfie perfecta.

Desde la lupa hasta el ojo humano, todas las lentes funcionan con los mismos principios básicos. Si bien existen diferencias importantes entre lentes convergentes (lentes convexas) y lentes divergentes (lentes cóncavas), tan pronto como aprenda algunos de los detalles básicos, también notará muchas similitudes.
Definiciones para saber

Antes de embarcarse en este viaje para comprender las lentes convexas y cóncavas, es importante tener una introducción a algunos de los conceptos clave en óptica. El punto focal es el punto en el que los rayos paralelos convergen (es decir, se encuentran) después de pasar a través de una lente, y donde se forma una imagen clara.

La distancia focal de la lente es la distancia desde el centro de la lente. hacia el punto focal, con una distancia focal más pequeña que indica una lente que dobla los rayos de luz con mayor fuerza.

El eje óptico de una lente es la línea de simetría que atraviesa el centro de la lente, que corre horizontalmente si imaginas una lente verticalmente erguida.

Un rayo de luz es una forma útil de representar la trayectoria de un haz de luz, usado en diagramas de rayos para dar una interpretación visual de cómo la presencia de una lente afecta la trayectoria. del haz de luz.

En la práctica, cualquier objeto tendrá rayos de luz que lo dejen en todas las direcciones, pero no todos ofrecen información útil cuando se trata de analizar lo que realmente hace la lente. Cuando dibuja diagramas de rayos, elegir algunos rayos de luz clave suele ser suficiente para explicar la propagación de las ondas de luz y el proceso de formación de imágenes. Diagramas de rayos

Los diagramas de rayos y el trazado de rayos le permiten determinar el ubicación de la formación de imágenes basada en la ubicación del objeto y la ubicación de la lente.

El proceso de dibujar los rayos de luz y su desviación a medida que pasan a través de la lente se puede completar utilizando la ley de refracción de Snell, que relaciona el ángulo del rayo antes de alcanzar la lente al ángulo del otro lado de la lente, según los índices de refracción del aire (u otro medio a través del cual viaja el rayo) y la pieza de vidrio u otro material utilizado para la lente. br>

Sin embargo, esto puede llevar mucho tiempo, y hay algunos trucos que pueden ayudarlo a producir diagramas de rayos más fácilmente. En particular, recuerde que los rayos de luz que pasan por el centro de la lente no se refractan en un grado notable, y que los rayos paralelos se desvían hacia el punto focal.

Hay dos tipos principales de formación de imágenes que pueden ocurre con lentes y que puede usar diagramas de rayos para establecer. La primera de ellas es una "imagen real", que se refiere a un punto en el que los rayos de luz convergen para producir una imagen. Si coloca una pantalla en esta ubicación, los rayos de luz crearían una imagen enfocada en la pantalla. Una lente real es producida por una lente convergente, que también se conoce como lente convexa.

Una imagen virtual es completamente diferente y es creada por una lente divergente. Debido a que estos lentes doblan los rayos de luz lejos uno del otro (es decir, los hacen divergir), la "imagen" en realidad se forma en el lado del lente de donde provienen los rayos de luz incidentes.

La canalización de los rayos en el lado opuesto hace que parezca que los rayos fueron producidos por un objeto en el mismo lado de la lente que los rayos incidentes, como si los hubieras trazado en línea recta hacia el punto donde convergerían Sin embargo, esto no es literalmente cierto, y si colocara una pantalla en esta ubicación no habría imagen.
La ecuación de lente delgada

La ecuación de lente delgada es una de las ecuaciones más importantes en óptica. , y relaciona la distancia al objeto d
_{o, la distancia a la imagen d
i y la distancia focal de la lente f
. La ecuación es bastante simple, pero es un poco más difícil de usar que algunas otras ecuaciones en física porque los términos clave están en los denominadores de fracciones, como sigue:
\\ frac {1} {d_o} + \\ frac {1 } {d_i} \u003d \\ frac {1} {f}}

La convención es que una imagen virtual tiene una distancia negativa y que las imágenes reales tienen una distancia de imagen positiva. La distancia focal de la lente también sigue esta misma convención, por lo que las distancias focales positivas representan lentes convergentes, y las distancias focales negativas representan lentes divergentes.

Las lentes convexas y cóncavas son los dos tipos principales de lentes discutidos en las clases introductorias de física. , así que mientras entienda cómo se comportan, podrá responder cualquier pregunta.

Es importante tener en cuenta que esta ecuación es para una lente "delgada". Esto significa que la lente puede tratarse como un desvío de la trayectoria de un rayo de luz desde una sola ubicación, el centro de la lente.

En la práctica, hay una desviación en ambos lados de la lente, una en la interfaz entre el aire y el material de la lente, y la otra en la interfaz entre el material de la lente y el aire en el otro lado, pero esta suposición hace que el cálculo sea mucho más simple.
Lentes cóncavas

Una lente cóncava también se conoce como lente divergente, y estas están curvadas de modo que el "cuenco" de la lente está orientado hacia el objeto en cuestión. Como se mencionó anteriormente, la convención es que a las lentes como esta se les asigna una distancia focal negativa, y la imagen virtual que producen está en el mismo lado que el objeto original.

Para completar el proceso de trazado de rayos para una lente cóncava , tenga en cuenta que cualquier rayo de luz del objeto que viaja paralelo al eje óptico de la lente se desviará, por lo que parece haberse originado cerca del punto focal de la lente, en el mismo lado de la lente que el objeto mismo.

Como se mencionó anteriormente, cualquier rayo que pase por el centro de la lente continuará sin ser desviado. Finalmente, cualquier rayo que se mueva hacia el punto focal en el lado opuesto de la lente se desviará, por lo que emerge paralelo al eje óptico.

Por lo general, dibujar algunos rayos basados en un solo punto del objeto baste para encontrar la ubicación de la imagen producida.
Lentes convexas

Una lente convexa también se conoce como lente convergente y funciona esencialmente de manera opuesta a una lente cóncava. Está curvado de modo que la curva exterior de la forma del "cuenco" esté más cerca del objeto, y se le asigna un valor positivo a la distancia focal.

El proceso de trazado de rayos para una lente convergente es muy similar al de una lente divergente, con un par de diferencias importantes. Como siempre, los rayos de luz que pasan por el centro de la lente no se desvían.

Si un rayo incidente viaja paralelo al eje óptico, se desviará a través del punto focal en el lado opuesto de la lente. Por el contrario, cualquier rayo de luz que provenga del objeto y pase a través del punto focal cercano en su viaje hacia la lente se desviará, por lo que emerge paralelo al eje óptico.

Nuevamente, dibujando dos o tres rayos para un punto en el objeto basado en estos principios simples, podrá encontrar la ubicación de la imagen. Este es el punto donde todos los rayos de luz convergen en el lado opuesto de la lente al objeto mismo.
Concepto de aumento

El aumento es un concepto importante en óptica, y se refiere a la proporción de tamaño de la imagen producida por una lente y el tamaño del objeto original. Esto es más o menos como entenderías la ampliación como un concepto de la vida cotidiana: si la imagen es dos veces más grande que el objeto, se ha ampliado por un factor de dos. Pero la definición precisa es:
M \u003d - \\ frac {i} {o}

Donde M
es la ampliación, i
se refiere al tamaño de la imagen y o
se refiere al tamaño del objeto. Un aumento negativo indica una imagen invertida, con un aumento positivo en posición vertical.
Similitudes y diferencias

Hay similitudes entre las lentes convexas y cóncavas en términos básicos, pero hay más diferencias que similitudes cuando las mira. con más detalle.

La mayor similitud es que ambos trabajan en el mismo principio básico, donde la diferencia en el índice de refracción entre la lente y el medio circundante les permite doblar los rayos de luz y crear un punto focal. Sin embargo, las lentes divergentes siempre crean imágenes virtuales, mientras que las lentes convergentes pueden crear imágenes reales o virtuales.

A medida que disminuye la curvatura de la lente, las lentes convergentes y divergentes se vuelven cada vez más similares entre sí, debido a la geometría de las superficies se vuelve más similar también. Dado que ambos funcionan según el mismo principio, a medida que la geometría se vuelve más similar, el efecto que tienen sobre un rayo de luz también se vuelve más similar.
Aplicaciones y ejemplos

Las lentes cóncavas y convexas tienen muchas aplicaciones prácticas. , pero lo más común en el día a día es el uso de lentes correctivos (anteojos) para miopía o miopía, o incluso hipermetropía o hipermetropía.

En ambas condiciones, el punto focal para la lente del el ojo no coincide exactamente con la posición de la retina sensible a la luz en la parte posterior del ojo, ya que está enfrente de la miopía y detrás de la hipermetropía. Los anteojos para la miopía son divergentes, por lo que el punto focal se mueve hacia atrás, mientras que para la hipermetropía se usan lentes convergentes.

Las lupas y los microscopios funcionan de la misma manera básica, usando lentes biconvexos (lentes con dos lados convexos) para Producir una versión ampliada de las imágenes. Una lupa es el dispositivo óptico más simple, con una sola lente que sirve para producir un tamaño de imagen más grande de lo que podría obtener de otra manera. Los microscopios son un poco más complicados (porque generalmente tienen múltiples lentes), pero producen imágenes ampliadas básicamente de la misma manera.

Los telescopios refractores funcionan igual que los microscopios y las lupas, con una lente biconvexa que produce un punto focal. dentro del cuerpo del telescopio, pero la luz continúa llegando al ocular.

Al igual que en los microscopios, estos tienen otra lente en el ocular para asegurarse de que la luz capturada esté enfocada cuando llegue a su ojo. El otro tipo principal de telescopio es un telescopio reflector, que usa espejos en lugar de lentes para recoger la luz y enviarla a su ojo. El espejo es cóncavo, por lo que enfoca la luz hacia una imagen real en el mismo lado del espejo que el objeto.