Lente
Un lente es una pieza curva de material transparente que refracta la luz para converger o divergirla, formando imágenes en ojos, cámaras y telescopios.
Definition
Un lente es una pieza curva de vidrio o plástico transparente que dobla la luz, y los lentes pueden hacer que las cosas se vean más grandes, más pequeñas, más cercanas o más claras: una lupa hace que las letras diminutas se vean grandes, y los anteojos, las cámaras, los microscopios y los ojos usan todos lentes, y una lupa incluso puede enfocar la luz solar en un punto caliente porque reúne la luz a través de toda su superficie y la dobla toda hacia un punto. Es un objeto transparente con al menos una superficie curva que refracta la luz para formar una imagen; un lente convexo más grueso en el medio dobla los rayos paralelos hacia adentro hasta un punto focal mientras que un lente cóncavo más delgado en el medio esparce los rayos hacia afuera, y dependiendo de dónde se ubique el objeto, un lente convergente puede formar una imagen real o una virtual amplificada. Un lente delgado obedece $1/f = 1/d_o + 1/d_i$ con amplificación $m = -d_i/d_o$, $f$ positivo para lentes convergentes y negativo para divergentes, y la distancia focal se deriva de la ecuación del fabricante de lentes, $1/f = (n - 1)(1/R_1 - 1/R_2)$, así que depende del índice del material y las curvaturas de las superficies; la potencia de un lente en dioptrías es $P = 1/f$ con $f$ en metros, y los lentes reales sufren aberración cromática y esférica, corregida con sistemas de lentes compuestos.
Example
Un lente convergente con distancia focal $10\ \text{cm}$ usado como lupa con un objeto a $5\ \text{cm}$ produce una imagen virtual, derecha y ampliada, mientras que mover el objeto a $30\ \text{cm}$ hace que el mismo lente proyecte una imagen real, invertida y más pequeña en una pantalla $15\ \text{cm}$ detrás de él. Un lente biconvexo de vidrio crown ($n = 1.52$) con $R_1 = +20\ \text{cm}$ y $R_2 = -20\ \text{cm}$ tiene $1/f = 0.52 \times (1/20 + 1/20) = 0.052\ \text{cm}^{-1}$, así que $f \approx 19.2\ \text{cm}$, y un objeto a $30\ \text{cm}$ de distancia da $d_i \approx 53.3\ \text{cm}$ y $m = -53.3/30 \approx -1.78$, una imagen real e invertida casi el doble del tamaño del objeto.
Key Insight
El propio lente del ojo cambia de forma para enfocar; las personas miopes tienen ojos que enfocan con demasiada fuerza y necesitan lentes divergentes, mientras que las personas hipermétropes necesitan lentes convergentes para añadir poder de enfoque. Un lente en realidad es un dispositivo para igualar el tiempo de viaje: su centro es el más grueso así que los rayos que pasan por el medio se frenan justo lo suficiente para llegar al foco al mismo tiempo que los rayos del borde, que es el principio de Fermat convertido en vidrio.