La luz es una onda electromagnética, transversal, que puede ser vista o captada por el ojo humano típico. La naturaleza ondulatoria de la luz se ilustró por primera vez a través de los experimentos sobre difracción e interferencia. Cuando estos rayos de luz caen sobre las lentes, las lentes se comportan según el tipo de lente sobre el que caen. Los rayos de luz pueden ser difractados o interferidos dependiendo de los focos de la lente. Básicamente, las lentes son lupas con lados curvos. También tienen propiedades de aumento debido a que se utilizan en telescopios y otros dispositivos de aumento. También se utilizan en cámaras para capturar rayos de luz.
¿Qué es una lente?
Las lentes son básicamente lentes de aumento de lados curvos. Una lente es un fragmento de vidrio translúcido que, por refracción, concentra o dispersa los rayos de luz. Las lentes se utilizan en telescopios y otros instrumentos de aumento debido a su propiedad de aumento. Se utilizan en cámaras para recoger los rayos de luz. En las cámaras, la luz es captada por un conjunto de lentes en lugar de una sola lente. El aumento de una lente es la relación entre el tamaño de la imagen producida y el tamaño del objetivo. Las lentes también se pueden usar en grupos para reducir la borrosidad o la distorsión en la imagen creada por la lente.
Por lo tanto, una lente es una pequeña pieza de material que se modifica para captar una imagen con la ayuda de rayos de luz. En este artículo, vamos a discutir la fórmula de la lente, los términos relacionados con ella y también la derivación de la ampliación usando la fórmula de la lente.
Términos relacionados con una lente
- Polo: El centro de la superficie esférica de la lente se llama polo o El punto donde el eje principal se encuentra con la superficie de la lente. Se representa por ‘P’.
- Eje principal: El eje principal es una línea imaginaria que pasa por el polo y el centro de curvatura.
- Apertura: La apertura se define como el área de la lente adecuada para la refracción. La apertura de la lente es el diámetro efectivo de su área de transmisión de luz.
- Foco: El foco se define como el punto en el que se enfoca la luz colimada paralela al eje.
- Distancia focal: La distancia focal es la distancia entre el centro óptico y el punto focal o foco de la lente.
- Potencia: Se define como la inversa de su distancia focal. La unidad SI de potencia es la dioptría.
Tipos de Lentes
Hay una amplia gama de lentes en el uso actual y, en general, se clasifican en dos tipos de lentes compuestas y lentes simples. Y de acuerdo con la forma y el propósito de la lente, se clasifica en dos tipos: lente cóncava y lente convexa, que analizaremos a continuación.
Lente simple: esta lente simple tiene una lente de potencia de 2x a 6x que se utiliza para ampliar las letras del periódico. Y estos se utilizan simplemente para ampliar los objetos. Al usar una lente simple, amplía el objeto hasta 6 veces más que su objeto original. Y además, tiene una menor fuerza para ampliar el objeto en comparación con la otra lente. El mejor ejemplo de una lente simple son las gafas. Además, la calidad de la lente simple no es muy buena y producen imágenes de baja calidad.
Lente compuesta: La lente compuesta magnifica el objeto y lo proyecta para producir una imagen clara de una imagen. La calidad de la imagen producida por la lente compuesta es buena en comparación con las imágenes producidas por la lente simple. Principalmente, la lente compuesta se usa en microscopios y telescopios. Esta lente produce imágenes de 4x, 10x, 40x, 100x y 400x, aumenta el objeto a imágenes 4 veces, 10 veces, 40 veces, 100 veces y 400 veces más grandes que el objeto. Más de una lente enfoca la imagen para producir la imagen en una lente compuesta. La fórmula utilizada para calcular el aumento de un microscopio se da a continuación:
METRO UN = METRO × METRO mi
donde M o es el aumento del objetivo y M e es el aumento del ocular.
Lentes no esféricas
- Lente asférica: la lente asférica a menudo se conoce como lente no esférica. Una lente asférica es una lente cuya superficie no es ni parte de una esfera ni de un cilindro. Como tiene una superficie compleja, elimina la divergencia óptica en comparación con una lente simple. Una única lente asférica puede sustituirse por una combinación de lentes simples dando como resultado un sistema con un tamaño muy reducido.
- Lente cilíndrica: las lentes que tienen una curvatura a lo largo de un solo eje se clasifican como lentes cilíndricas. Su uso principal es convertir la luz del diodo láser, que es de naturaleza elíptica, en un haz redondo o enfocar la luz en una línea. Un ejemplo de lentes cilíndricas son las lentes anamórficas cinematográficas.
- Lente Fresnel: Una lente Fresnel es una lente cuya superficie óptica está dividida en anillos estrechos. Eso permite que la lente sea mucho más delgada y liviana que las lentes convencionales.
Lentes esféricas: En principio, las lentes esféricas, como los espejos esféricos, son una parte recortada de una esfera mayor. El índice de refracción del vidrio es más alto que el del aire circundante. Los rayos de luz que pasan del aire al vidrio obviamente se refractan. En las cámaras, la luz es captada por un conjunto de lentes en lugar de una sola lente. El aumento de una lente es la relación entre el tamaño de la imagen producida y el tamaño del objetivo. Las lentes también se pueden usar en grupos para reducir la borrosidad o la distorsión en la imagen creada por la lente.
Además, las lentes esféricas son de dos tipos: lentes cóncavas y convexas, que se analizan más en los siguientes temas.
lente cóncava
Una lente cóncava es un tipo de lente con un lado curvado hacia adentro. Esta lente con ambos lados curvados hacia adentro se llama lente bicóncava. Las lentes cóncavas son lentes divergentes, es decir, difunden rayos de luz que han sido refractados a través de ellas. Incluso tienen la capacidad de divergir un haz de luz paralelo. Para una lente cóncava, los bordes son más anchos que el centro o el centro es más delgado que los bordes. Se utilizan en gafas para tratar la miopía o la miopía. La lente cóncava también se llama lente divergente ya que los rayos de luz divergen cuando los rayos de luz caen sobre la lente. Una lente cóncava tiene dos focos a los dos lados y estos focos están equidistantes a la curvatura. Produce una imagen más pequeña para el espectador. El punto focal de una lente cóncava es un punto desde el cual los rayos de luz paralelos al eje parecen divergir, después de pasar por la lente. La distancia desde el centro óptico de la lente hasta el punto focal se llama distancia focal de la lente.
La imagen formada en una lente cóncava debe tener las siguientes características:
- Ubicado en el lado del objeto de la lente.
- Se forma una imagen virtual.
- Se formó una imagen vertical.
- De tamaño pequeño (el tamaño de la imagen debe ser más pequeño que el tamaño del objeto).
- La imagen formada por una lente cóncava siempre debe estar entre el punto focal y el centro óptico. La posición del objeto no afecta las características de la imagen formada.
Lentes convexas
Una lente convexa es un tipo de lente con una curva hacia afuera. En comparación con una lente cóncava, el grosor en el centro de una lente convexa es mayor que el grosor en los bordes de la lente. Las lentes convexas son de naturaleza convergente. Tiene la capacidad de hacer converger un haz de luz paralelo en un punto. Este punto se llama punto focal de la lente convexa y la distancia desde el centro óptico hasta el punto focal se llama distancia focal. El punto focal está en el lado opuesto de la lente desde donde se originan los rayos de luz. Una lente convexa con un lado plano se llama lente plano-convexa. La lente que se encuentra en el ojo humano es un excelente ejemplo de una lente convexa. Otro ejemplo común de una lente convexa es la lupa que se usa para corregir la hipermetropía o la hipermetropía. Las lentes convexas se utilizan en las cámaras porque enfocan la luz y producen una imagen clara. Las lentes convexas también se utilizan en lentes compuestas que se emplean en dispositivos de aumento como microscopios y telescopios.
Derivación de la fórmula de la lente
Ahora derivemos la fórmula de la lente con la ayuda del diagrama que se muestra a continuación:
De la figura anterior, podemos escribir como
A′B′/AB = OB′/OB ……(1)
De manera similar, △A’B’F y △OCF son similares, por lo tanto
A′B′/OC = FB′/OF
Pero, OC = AB
Esto implica,
A′B′/AB = FB′/OF …….(2)
Igualando la ecuación (1) y (2), obtenemos
OB′/OB = FB′/OF = OB′− OF/OF
Sustituyendo la convención de signos, obtenemos
OB = -u, OB’ = v y OF = f
−u = v − f/f
vf = −uv + uf
o
uv = uf − vf
Ahora dividimos ambos lados por uvf, obtenemos
uv/uvf = uf/uvf − vf/uvf
1/f =1/v −1/u
que es la fórmula Lens requerida.
donde f es la distancia focal.
u es la distancia del objeto a la lente.
v es la distancia de la imagen desde la lente.
Ampliación de la lente
La ampliación se refiere a agrandar algo, significa que el objeto en sí no se vuelve físicamente más grande sino solo más grande en su apariencia. El aumento puede surgir en cualquiera de dos formas: aumento microscópico y aumento telescópico. La ampliación microscópica entra en escena cuando colocamos un objeto pequeño y parece más grande. La ampliación telescópica entra en escena cuando los objetos más grandes parecen pequeños. Y hay dos tipos de lentes de aumento en uso: una lente simple y una lente compuesta.
La lente de aumento se da a continuación:
m = h’ / h = v / u
donde m es el aumento, h es la altura del objeto, h’ es la altura de la imagen, v es la distancia de la imagen a la lente y u = distancia del objeto a la lente
Nota: Si m es positivo entonces podemos decir que la imagen formada es virtual y erecta y si m es negativa la imagen formada es real e invertida.
poder de la lente
La potencia de una lente es la medida del grado de convergencia o divergencia que depende de la distancia focal de la lente. Definimos la potencia de la lente como el recíproco de la distancia focal de la lente utilizada. Está dado por:
P = 1 / f
La unidad SI de potencia es la dioptría (D). La potencia de la lente cóncava es negativa, mientras que la potencia de la lente convexa puede ser positiva.
Problema de muestra
Problema 1: ¿Cuál es la longitud de la imagen que se produce al colocar el objeto a 10 cm de una lente convexa de distancia focal igual a 5 cm?
Solución:
Dado que,
La distancia focal, f es de 5 cm.
Como el objeto está en el lado izquierdo, la distancia del objeto, u es -10 cm.
Usando la fórmula de la lente, la distancia focal viene dada por:
1/f = 1/v – 1/u
donde v es la distancia de la imagen.
1/5 cm = 1/v – 1/(-10 cm)
Ahora, resuelve para v como:
1/v = 1/5 cm – 1/10 cm
= 1/10cm
v = 10 cm
Por lo tanto, la distancia de la imagen es de 10 cm .
Problema 2: en una lente convexa, si la distancia de la imagen es positiva, ¿cuál es la naturaleza de la imagen?
Solución :
Dado eso, la distancia de la imagen es positiva, lo que significa que la imagen se crea en el lado derecho de la lente.
Si la imagen se crea en el lado derecho de la lente, la naturaleza de la imagen es real e invertida.
Problema 3: Si un objeto se coloca a una distancia de 3 cm de una lente cóncava de 12 cm de distancia focal. ¿Encontrar la posición y la naturaleza de la imagen?
Solución:
Dado que,
La distancia focal, f es -12 cm.
La distancia al objeto de la lente cóncava, u es -3 cm.
Usando la fórmula de la lente,
1/f = 1/v – 1/u
donde v es la distancia de la imagen.
1/(-12 cm) = 1/v – 1/(-3 cm)
1/v = -1/3 – 1/12
= -5/12
v = -2,4 cm
Por lo tanto, la imagen se forma a 2,4 cm frente a la lente cóncava (en su lado izquierdo), Virtual y erecta.
Problema 4: El aumento del espejo es de -3 cm y la altura del objeto es de 16 cm, ¿cuál es la longitud y la naturaleza de la imagen formada?
Solución:
Dado que,
La altura del objeto, h es de 16 cm.
El aumento, m es -3cm.
La fórmula para calcular la magnificación es:
m = h’/h
donde h’ es la altura de la imagen.
Sustituya los valores dados en la expresión anterior como:
-3 cm = h’/16 cm
Resolver para h’ como:
h’ = -3 × 16
= -48cm
Por lo tanto, la altura de la imagen es de 48 cm.
Dado que m es negativo, la naturaleza de la imagen es real e invertida.
Problema 5: ¿Cuál es la potencia de la lente cóncava cuya distancia focal es de 4 cm?
Solución:
Como la lente dada es cóncava, la distancia focal será negativa.
es decir, f = -4 cm
Para encontrar el poder de la lente, la fórmula es,
P = 1 / f
Por lo tanto, sustituyendo los valores dados como:
P = 1/-4 cm
= -0,25D
Por tanto, la potencia de la lente cóncava es -0,25 D.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por kadiummanisha y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA