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¿Cómo se forma una imagen al utilizar lentes?
Las lentes funcionan utilizando la refracción de la luz.
Larefracción es la desviación de la luz cuando pasa de un medio a otro debido a que la luz se propaga a velocidades distintas en ellos.
La luz cambia de dirección cuando atraviesa una interfase agua-aire porque se mueve más lentamente en el agua que en el aire. Por eso un objeto parece doblado cuando está parcialmente sumergido en un vaso de agua. La luz procedente de la parte sumergida parece proceder de una posición distinta a la real.
La luz procedente de la parte sumergida parece proceder de una posición distinta a la real, lo que hace que el bolígrafo parezca doblado.
La luz se refracta al interactuar con la lente porque se mueve a través del aire y de la lente a velocidades diferentes. Según la forma de la lente, la luz de un objeto puede converger hacia un punto o divergir de él, formando una imagen.
Tipos de imágenes formadas por lentes
Podemos clasificar las imágenes formadas por lentes como reales o virtuales.
Tipos de imágenes formadas por lentes: Imágenes reales
Una imagen real está formada por rayos de luz que convergen o divergen realmente desde una fuente.
Una imagen real puede proyectarse en una pantalla.
Los rayos luminosos de un objeto que se reflejan en un espejo cóncavo producen una imagen real e invertida. Como la imagen es real, podemos proyectarla sobre una hoja de papel colocándola donde se forma la imagen.
Los rayos de luz reflejados en un espejo esférico cóncavo forman una imagen real que puede proyectarse en una pantalla. Cymru.lass Dominio Público.
Tipos de imágenes formadas por lentes: Imágenes virtuales
Una imagen virtual se forma cuando los rayos de luz parecen proceder de una fuente que en realidad no está ahí.
No podemos proyectar imágenes virtuales porque los rayos luminosos de una imagen virtual no convergen.
Los espejos planos producen imágenes virtuales. Los rayos de luz procedentes de un objeto se reflejan en nuestros ojos, dando la impresión de converger en la parte posterior del espejo. Sin embargo, la fuente está delante del espejo.
Un espectador puede ver una imagen virtual cuando se mira en un espejo. CC-BY-SA-4.0
Una de las propiedades más importantes de una imagen es su aumento.
Elaumento cuantifica cuánto cambia el tamaño de una imagen con respecto al tamaño del objeto.
Podemos medir el aumento mediante la siguiente fórmula.
Como el aumento es una relación, no tiene unidades.
Considera un objeto alto. Si una lente produce una imagen con una altura decalcula el aumento.
El aumento de la imagen eslo que significa que es cuatro veces mayor que el objeto.
Formación de la imagen mediante lentes convexas
Unalente convexa o convergente refracta todos los rayos de luz paralelos a su eje principal en un único punto llamado foco principal.
El eje principal es una línea horizontal imaginaria que pasa por el centro geométrico de una lente.
Una lente convexa está curvada o redondeada hacia fuera.
Los rayos de luz paralelos al eje principal convergen en el foco, StudySmarter Originals
Observa que la luz se refracta al pasar del aire a la lente y de nuevo al volver al aire. Como podemos utilizar la lente en ambas direcciones, podemos identificar dos focos a la misma distancia del centro geométrico de la lente, también llamado centro óptico. La distanciadesde el centro de la lente a su foco se denomina distancia focal.
La distancia focal es la distancia del foco al centro geométrico de la lente. Originales de StudySmarter
Podemos entender cómo las lentes convexas forman imágenes utilizando diagramas de rayos. Los diagramas de rayos consideran que los rayos de luz sólo se refractan en un punto y utilizan una representación más sencilla para la lente. A continuación se muestra un diagrama de rayos que representa la misma lente convexa mostrada anteriormente. Podemos etiquetar los focos comoy.
En un diagrama de rayos, una lente convexa se representa mediante un segmento de recta con dos puntas de flecha apuntando hacia fuera en sus extremos. Originales de StudySmarter
En general, una lente convergente es más gruesa en el centro.
Las lentes convergentes son más gruesas en el centro que en los bordes, StudySmarter Originals
Reglas para la formación de imágenes mediante lentes convexas
El comportamiento de los rayos luminosos que atraviesan una lente convexa puede resumirse en tres reglas básicas.
- Los rayos de luz paralelos al eje principal se refractan al pasar por el foco del otro lado.
- Los rayos luminosos que atraviesan el centro óptico no se refractan.
- Los rayos luminosos que pasan por el foco se refractan paralelos al eje principal.
El comportamiento de los rayos luminosos que atraviesan una lente convexa puede simplificarse considerando tres casos especiales. Originales de StudySmarter
Ejemplos de formación de imágenes mediante lentes convexas
Podemos tener distintos tipos de formación de imágenes al utilizar una lente convexa. Las propiedades de las imágenes formadas dependen de la distancia del objeto,. Podemos distinguir cinco casos:
- El objeto está más allá de dos distancias focales.
- El objeto está exactamente a dos distancias focales.
- El objeto está entre una y dos distancias focales.
- El objeto en el foco.
- El objeto está entre el foco y el objetivo.
Caso 1: Objeto situado más allá de dos distancias focales
Podemos encontrar la posición de la imagen trazando dos rayos de luz desde la parte superior del objeto. La parte superior de la imagen estará donde se encuentren estos rayos. Dibujemos dos rayos de luz utilizando las reglas 1 y 3.
Formación de la imagen por una lente convexa para un objeto situado más allá de dos distancias focales. Adaptado de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)
En este caso, la imagen es
- Real
- Disminuida
- Invertida
- Formada más allá del foco pero antes de dos distancias focales.
¡Se trata del mismo ejemplo de formación de imagen que en la foto que muestra la imagen de una casa al principio del artículo!
Caso 2: Objeto situado exactamente a dos distancias focales
Repitamos el mismo procedimiento. En este caso, la imagen es
- Real e invertida
- Del mismo tamaño que el objeto
- Formada exactamente a dos distancias focales
Formación de la imagen por una lente convexa para un objeto a 2F1. Adaptado de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)
Caso 3: Objeto situado entre una y dos distancias focales
En estas condiciones, la imagen es
- Real
- Invertida
- Ampliada
- Formada más allá de dos distancias focales
Formación de la imagen por una lente convexa para un objeto situado entre F2 y 2F2. Adaptado de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)
Caso 4: Objeto situado en el foco
Este caso es peculiar. Los rayos de luz son paralelos después de refractarse y nunca se cruzan. Por tanto, decimos que la imagen se forma en el infinito.
Formación de la imagen por una lente convexa para un objeto situado a F2 en el eje principal. Adaptado de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)
La imagen formada será
- Real
- Invertida
- Muy aumentada
- Formada en el infinito
Caso 5: Objeto situado entre el foco y la lente
En este caso, los rayos refractados no se cruzan y se alejan entre sí. Sin embargo, si extendemos los rayos de luz hacia atrás, se intersecan detrás del objeto.Se trata de un tipo diferente de formación de imagen. Los rayos de luz parecen proceder de detrás de la lente. Como los rayos de luz no se cruzan realmente, la imagen es virtual.
Formación de la imagen por una lente convexa para un objeto situado entre F2 y el centro óptico. Adaptado de Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)
En este caso, la imagen producida será
- Virtual y vertical
- Ampliada
- Detrás del objeto
Las lupas son una aplicación de este caso. Por eso pueden producir imágenes ampliadas. ¡ Es el mismo ejemplo de formación de imagenque en la foto de la imagen del sello del principio del artículo!
Corregir la hipermetropía con lentes convexas
Cuando vemos un objeto, su luz atraviesa una estructura transparente de nuestros ojos -la córnea- y luego un cristalino. Nuestros ojos ajustan el grosor de este cristalino para que los rayos de luz entrantes converjan exactamente en la retina, donde tenemos unas células especiales que actúan como receptores de luz. Sin embargo, determinados problemas oculares pueden afectar a este proceso.
La hipermetropía o hiperopía es una afección en la que una persona puede ver claramente los objetos lejanos, pero ve borrosos los objetos cercanos.
Los ojos de una persona con hipermetropía hacen converger los rayos de luz de los objetos cercanos detrás de la retina, percibiendo una imagen borrosa.
Una persona hipermétrope ve borrosos los objetos cercanos porque su luz converge detrás de la retina, StudySmarter Originals
Esta afección puede corregirse utilizando una lente convergente, que ayuda a los ojos a hacer converger los rayos de luz a una distancia más corta, permitiéndoles enfocar la retina.
Las lentes convexas ayudan a converger los rayos de luz para que los ojos puedan formar la imagen en la retina, StudySmarter Originals
Formación de la imagen mediante lentes cóncavas
Una lente cóncava o divergente dispersa los rayos luminosos paralelos al eje principal tras la refracción, como si salieran de un punto llamado foco principal.
Las lentes cóncavas están ahuecadas o redondeadas hacia dentro. La siguiente imagen ilustra cómo se dispersan los rayos de luz que atraviesan una lente cóncava.
Una lente cóncava hace que los rayos de luz diverjan. Originales de StudySmarter
El siguiente diagrama de rayos representa la misma situación.
En un diagrama de rayos, una lente cóncava se representa mediante un segmento de recta con dos puntas de flecha apuntando hacia dentro en sus extremos. Originales StudySmarter
En general, una lente divergente es más gruesa en sus bordes.
Las lentes divergentes pueden tener formas diferentes, pero son más delgadas en el centro que en los bordes, StudySmarter Originals
Reglas para la formación de imágenes por lentes cóncavas
Podemos resumir el comportamiento de los rayos de luz al atravesar lentes cóncavas en tres reglas.
- Los rayos de luz paralelos al eje principal divergen pareciendo salir del foco.
- Los rayos luminosos que atraviesan el centro óptico no se desvían.
- Los rayos luminosos que van hacia el foco se refractan moviéndose paralelamente al eje principal.
El comportamiento de los rayos luminosos que atraviesan una lente cóncava puede simplificarse considerando tres casos especiales. Originales de StudySmarter
Ejemplo de formación de imagen mediante lentes cóncavas
Observa la imagen siguiente para un objeto situado entre una y dos distancias focales. Trazando dos rayos según las reglas anteriores podemos ver que los rayos de luz parecen intersecarse delante del objeto.
Formación de la imagen por una lente cóncava. Kvr.lohith (CC BY-SA 4.0)
La imagen formada por la lente cóncava es:
- Virtual y vertical
- Disminuida
- Formada entre el objeto y la lente
Para una lente cóncava, la posición del objeto no importa. Siempre obtenemos el mismo tipo de formación de imagen, ya que las propiedades de la imagen son siempre las mismas.
Corrección de la miopía con lentes cóncavas
La miopía es una afección en la que una persona puede ver claramente los objetos cercanos, pero no los lejanos.
Los ojos de una persona con miopía hacen converger los rayos de luz delante de la retina, lo que produce una imagen borrosa.
Una persona con miopía hace converger los rayos de luz de los objetos lejanos delante de la retina. Originales de StudySmarter
Podemos corregir esto utilizando lentes cóncavas. Estas lentes dispersan los rayos de luz para que los ojos puedan hacer converger la luz en la retina.
Las lentes cóncavas ayudan dispersando los rayos de luz para que los ojos puedan hacerlos converger en la retina, StudySmarters Originals
Formación de la imagen mediante lentes - Puntos clave
Las lentes convexas están ahuecadas o redondeadas hacia fuera y hacen converger los rayos luminosos.
Las lentes cóncavas son huecas o redondeadas hacia dentro y dispersan los rayos luminosos.
Para las lentes convexas
- Los rayos de luz paralelos al eje principal se refractan al pasar por el foco del otro lado.
- Los rayos luminosos que pasan por el centro óptico no se refractan.
- Los rayos luminosos que pasan por el foco se refractan paralelos al eje principal.
- Las imágenes formadas por una lente convexa tienen propiedades diferentes según la colocación del objeto.
- En el caso de las lentes cóncavas
- Los rayos de luz paralelos al eje principal divergen pareciendo salir del foco.
- Los rayos luminosos que pasan por el centro óptico no se desvían.
- Los rayos de luz que van hacia el foco se refractan moviéndose paralelamente al eje principal.
- Las imágenes formadas por una lente cóncava son siempre virtuales y verticales y se forman entre el objeto y la lente independientemente de la posición del objeto.
- Una persona con hipermetropía o hiperopía suele ver con claridad los objetos lejanos, pero no los cercanos. Este problema puede resolverse utilizando lentes convexas.
- Una persona con miopía puede ver claramente los objetos cercanos, pero no los lejanos. Este problema puede resolverse utilizando lentes cóncavas.
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