La cámara fotográfica es uno de los dispositivos ópticos por excelencia. Conocer y comprender la física que se esconde tras ella nos puede ayudar a realizar mejores fotografías y sacar mayor partido a nuestra cámara.

¿Qué hace una lente?

Una lente es un medio transparente en el que al menos una de sus superficies es curva. Debido a la refracción (o lo que es lo mismo, el cambio de la dirección de desplazamiento) que sufren los rayos de luz al atravesarla,  una lente consigue que un haz inicialmente colimado (es decir, cuyo tamaño no varía según se propaga) se haga cada vez mayor a medida que se propaga (diverja) o bien que disminuya (converja). Las primeras se conocen como lentes divergentes, mientras que las segundas como lentes convergentes. En este post nos referiremos únicamente a estas últimas.

¿Qué es la distancia focal?

Una lente es el sistema más simple que podemos utilizar para formar imágenes. Antes de explicar cómo hacerlo, vamos a introducir brevemente un concepto de óptica que se usa ampliamente en fotografía: la distancia focal.

Como hemos comentado en el párrafo anterior, una lente convergente  hace que el haz colimado que la atraviesa disminuya progresivamente su tamaño. A una cierta distancia (la distancia focal) todo el haz se concentraría en un punto conocido como foco. 

¿Cómo forma la imagen?

A rasgos generales, puede decirse que una imagen se formará allá donde todos los rayos se «junten». El foco nos da por tanto la primera noción de formación de imagen, ya que es lugar donde se crearía la imagen de un objeto situado en el infinito.

Sin embargo, en la vida real fotografiamos objetos a distancias más cercanas.  Una lente también puede hacer imágenes de objetos más cercanos (siempre y cuando, la distancia a la que se sitúe de la lente sea mayor que la focal). Además, dependiendo de cuál sea la distancia lente-objeto, la imagen será mayor o menor que el original. Para entender cómo construye la imagen una lente y poder predecir cuál será su tamaño, solo hay que aprender unas nociones básicas de óptica geométrica que se pueden resumir a «todo rayo que pase por el centro no se desvía; todo rayo que viaja paralelo al eje, pasa por el foco».

Veamos un ejemplo práctico. En esta experiencia estudiaremos cómo se forma la imagen de sobre una pantalla blanca de un muñeco (que por tanto será nuestro objeto). El montaje es muy simple: basta con colocar una lente entre el muñeco y la pantalla, y mover esta última hasta ver la imagen nítida (para poder ver la imagen más iluminada, hemos utilizado una pequeña lámpara que proyecta luz sobre el muñeco):

¿Qué sucederá ahora si acercamos o alejamos el muñeco? Vamos a verlo:

De esta experiencia podemos deducir que cuanto más cerca estamos de la lente (sin superar nunca la focal) mayor es el tamaño de nuestra imagen, mientras que cuanto más nos alejamos más pequeña se hace. Más concretamente, se puede demostrar que la distancia a la que la imagen tiene el mismo tamaño que el original es el doble de la focal: por encima de ésta disminuiría y por debajo aumentaría.

Dejamos aquí el trazado de rayos correspondiente a las dos situaciones anteriores para ilustrar mejor qué está sucediendo al alejar/acercar el objeto:

Para saber más…

• En el capítulo 1 de «El láser, la luz de nuestro tiempo» se explican las bases de algunos fenómenos ópticos. Se puede descargar libremente aquí.
• En la web de MicroMagnet, tienen tutoriales y aplicaciones interactivas. En concreto, la parte relativa a formación de imagen con lentes está muy completa.
• En la web JOptics existen multitud de aplicaciones Java para comprender algunos fenómenos ópticos.