Lentes y elementos ópticos

Las lentes se clasifican en convergentes y divergentes. Se llaman convergentes cuando los rayos paralelos que representan a un haz de luz, al pasar por la lente, se juntan en un punto llamado foco, como en el caso de los espejos. La distancia del centro de la lente al foco se llama distancia focal. Este tipo de lentes tienen al menos una superficie convexa.

Fig. 1 Las lentes son medios refractores de formas curvas que desvían la luz. Esto se aprovecha para formar imágenes con determinadas características deseadas; por ejemplo, para corregir la vista o para construir instrumentos ópticos.

Las lentes divergentes separan el haz de luz paralela cuando ésta las atraviesa. Son lentes con una superficie cóncava y una plana, o bien, las dos cóncavas. Una lente divergente también tiene un punto focal o foco, que puede localizarse al intersectar los rayos que divergen hacia la dirección en la que incide la luz (Fig. 2).

Fig. 2 Todas las lentes tienen un foco, el cual está determinado por el material de la lente y el radio de la curvatura.

Con las lentes pueden formarse imágenes reales, como las de un espejo cóncavo, o virtuales, como en los espejos convexos o planos. Las imágenes reales pueden ponerse en una pantalla, mientras que las virtuales no. A diferencia de los espejos, la luz pasa a través de las lentes.

Fig. 3 Cuando el objeto se va acercando al foco de la lente, la imagen siempre es invertida, pero más grande.

Las imágenes que se forman con las lentes pueden ser mas pequeñas o más grandes que el objeto original, y pueden formarse invertidas. Estas cualidades se aprovechan para ver objetos pequeños o distantes y, desde luego, para corregir defectos visuales. Para conocer más acerca de lo que observaste y, en general, de cómo se forman las imágenes en una lente, existe un sencillo procedimiento gráfico para explicarlo: Primero se dibuja la lente en forma vertical; después, a la mitad de la lente en sentido horizontal, se traza un eje de simetría; sobre éste se marca, a ambos lados de la lente, el foco. El foco de una lente puede determinarse de forma sencilla haciendo pasar la luz del Sol y midiendo la distancia de la lente a donde se forma un punto luminoso muy pequeño e intenso. Si se coloca un objeto a una distancia mayor que la del foco a la lente, la imagen se localizará al hacer pasar un rayo que vaya paralelo de la punta del objeto a la lente y que, al pasar por ella, se desvía y pasa por el foco del otro lado de la lente. Un segundo rayo se hará pasar por el centro de la lente, éste no se desviará e intersectará al anterior. La imagen se formará donde se intersectan los rayos, pero invertida. Este procedimiento puede llevarse a cabo para distancias cada vez más cercanas, como se muestra en la Fig. 3. Todas estas imágenes son reales. ¿Cómo explica esta figura lo que observaste con la lupa? Cuando el objeto se ubica en el foco de la lente, las líneas que se obtienen son paralelas y no se forma imagen. Al colocar el objeto entre el foco y la lente, los rayos son divergentes, pero si se trazan líneas hacia atrás, en la región donde se encuentra el objeto, éstas se intersectarán (Fig. 4). La imagen que ahora se forma no está invertida, es más grande que el objeto y es virtual. Ésta es la imagen que observas cuando ves los objetos aumentados con la lupa. ¿Cómo explica lo anterior el que no hayas encontrado imagen cuando acercabas mucho la lupa a la fuente de luz? Con las lentes divergentes puede seguirse un procedimiento semejante. En estas lentes la imagen formada es siempre virtual. Para encontrar la ubicación de las imágenes en las lentes se utiliza la ecuación:

donde dobjeto es la distancia del objeto a la lente, dimagen es la distancia de la imagen a la lente y f es la distancia focal de la lente.

Fig. 4 Cuando el objeto está entre la lente y su foco, la imagen es aumentada y no invertida. Es una imagen virtual.