Usted encuentra lentes todos los días. Ya sea que se trate de la lente de la cámara de su teléfono celular, las lentes de los anteojos o las lentes de contacto que usa para ver con claridad, lupas, microscopios, telescopios o algo completamente diferente, la física de las lentes explica cómo se puede usar una simple pieza de vidrio para magnifica, minimiza o enfoca las imágenes para cualquier propósito.
Esencialmente, los lentes funcionan doblando los rayos de luz que los atraviesan a través de la refracción, pero este punto básico se puede implementar de diferentes maneras que varían según el tipo de lente . Afortunadamente, los conceptos básicos de tales lentes son fáciles de entender cuando aprende un poco más sobre cómo funcionan.
¿Qué es una lente?
Una lente es una pieza de material transparente que tiene una forma para hace que los rayos de luz se doblen de una manera específica a medida que pasan a través de él, ya sea que eso signifique hacer que los rayos converjan a un punto específico o que diverjan como desde un punto específico. El material utilizado podría ser un trozo de vidrio o plástico, y la forma de la lente determina si hace que los rayos de luz converjan o diverjan. La palabra "lente" proviene de la palabra latina para "lenteja", debido a la similitud de forma entre una lente convergente y la leguminosa.
La flexión real de los rayos de luz producidos por una lente ocurre porque el material de la lente tiene un índice de refracción diferente al del aire circundante. Este comportamiento está descrito por la ley de Snell para la refracción, que relaciona la diferencia de ángulo entre el incidente y el rayo de luz refractado con los índices de refracción para los dos materiales.
En resumen, la ley dice que si usted es Al pasar de una sustancia de índice de refracción inferior a una superior (p. ej., del aire al vidrio), el rayo de luz se desvía hacia la superficie "normal" (es decir, hacia la dirección perpendicular a la superficie en ese punto) y lo contrario es cierto para los rayos de luz que pasan de un material de índice de refracción más alto a uno más bajo.
Definiciones
Hay bastantes términos únicos utilizados en óptica, y comprenderlos es crucial si está estudiando el física de las lentes.
Los diagramas de rayos son una herramienta extremadamente útil en óptica, y se utilizan para encontrar la ubicación donde se formará una imagen en función de la ubicación del objeto y la lente. Al dibujar un poco de luz clave que emerge de un objeto y marcar su camino a medida que pasan a través de la lente, el punto donde se encuentran es donde se formará la imagen.
Este proceso se puede hacer usando la ley de refracción de Snell, pero algunos trucos también pueden simplificar el proceso. Por ejemplo, un rayo que atraviesa el centro de la lente apenas se desvía, y uno que golpea la lente perpendicular al eje óptico se refracta para pasar a través del punto focal de la lente.
La imagen producido por la lente puede ser real o virtual. Para una imagen real, los rayos de luz convergen para formar una imagen en una ubicación específica, y podría ver esa imagen si coloca una pantalla en esa ubicación. En el ojo humano y en la región detrás de la lente de una cámara, se utilizan células o materiales fotosensibles para captar esta imagen.
Una imagen virtual es diferente: cuando los rayos divergen de una lente, su orientación la hace parece que provienen de la ubicación de la imagen virtual. En otras palabras, si sigue los rayos refractados hacia atrás pero solo siguiendo líneas rectas, todos convergerán en la ubicación de la imagen virtual. Sin embargo, los rayos de luz no convergen físicamente en esta ubicación, y si coloca una pantalla allí, no verá una imagen. Una lente de cámara es una de los tipos de lentes más familiares que encuentra a diario, y estos vienen en muchos tipos diferentes, aunque todos comparten los mismos principios básicos de funcionamiento descritos anteriormente. Una lente principal es una lente básica con un longitud focal fija, y una lente de zoom tiene una longitud focal variable, por lo que no tiene que cambiar físicamente su ubicación para enfocar algo. Una lente gran angular es un tipo de lente con una distancia focal muy pequeña que aumenta drásticamente el campo de visión, y una lente ojo de pez es esencialmente una versión extrema de una lente gran angular. Otros ejemplos son los teleobjetivos , que tienen distancias focales muy largas y están destinadas a capturar sujetos que están muy lejos, y lentes macro que están destinados a enfocar a distancias muy cercanas y producen versiones de objetos de tamaño natural o ampliadas. Otros comunes Los tipos de lentes son lentes de anteojos o lentes de contacto, y ambos funcionan para corregir los problemas con su visión. Si tiene “miopía”, esto significa que sus lentes oculares crean imágenes frente a la retina sensible a la luz en su ojo, por lo que necesita lentes divergentes (cóncavos) para mover la imagen más atrás. Si eres "hipermétrope", los lentes en tus ojos producirían una imagen más atrás que tus retinas, por lo que necesitas lentes convergentes para corregir este problema. Tanto los lentes de contacto como los anteojos corrigen esto de la misma manera: al agregar una lente correctora adicional para que la longitud focal efectiva de su ojo coincida con la distancia a su retina, pero hay diferencias porque las lentes de contacto se colocan directamente sobre sus ojos. En una lente de contacto, la lente no necesita cubrir tanto espacio (solo necesita ser lo suficientemente grande para que su pupila alcance su máxima dilatación) y puede lograr esto con menos material. Para lentes de anteojos, el lente necesita cubrir un área mucho más grande y como resultado es más grueso.
Tipos de lentes y cómo funcionan
