Lentes convergentes

Las lentes convergentes, también denominadas lentes positivas, son un tipo de lente que poseen por lo menos una de sus superficies convexa.

Se los denomina convergentes porque los rayos que los atraviesan convergen en un punto en común que dará origen a una imagen.

Para comprender correctamente su funcionamiento es necesario analizar sus características, conocer los diferentes tipos de lentes convergentes que existen y ver de qué manera se refractan los haces de luz al pasar por ellos.

Definición: ¿Qué es una lente convergente y para qué sirve?

Como sabemos, las lentes son cuerpos transparentes que pueden ser fabricados de varios materiales, como vidrio o cristal que constan de dos superficies en donde por lo menos una de ellas es curva.

Esta disposición de las superficies permite que los rayos que inciden sobre las lentes puedan desviarse y utilizar este comportamiento en pos de corregir errores refractivos, logrando que las personas que ven borroso puedan enfocar claramente las imágenes.

Una lente convergente tiene una de sus superficies convexa y se caracteriza principalmente por disponer de un mayor grosor en el lado central, mientras que en los bordes el espesor es menor.

Esto hace que los rayos que incidan de manera paralela sobre estas lentes oftálmicas se refracten hacia el plano focal, haciendo que los mismos se concentren en un punto llamado Foco (representado generalmente por la letra F).

La distancia que existe entre la lente y el Foco se lo denomina distancia focal y se la representa con la letra f.

Como veremos a continuación, las lentes convergentes forman imágenes reales de objetos (gracias al cruce de los rayos) y de forma invertida, mientras que el tamaño de estas imágenes puede ser menor, igual o mayor dependiendo del lugar en el que se ubique el objeto con respecto al foco y al centro de curvatura, o simplemente centro.

Por lo tanto, las lentes positivas se utilizan como componente de algunas herramientas de laboratorio y en instrumentos ópticos como los microscopios o lupas, como así también para corregir algunos errores refractivos como la presbicia, hipermetropía y algunos tipos de astigmatismo.

Tipos de lentes convergentes: clasificación de acuerdo a su forma

Estos medios transparentes se clasifican de acuerdo a su estructura física.

Sabiendo que en todos los casos de lentes convergentes vamos a tener un mayor espesor en el medio y, a medida que nos acercamos a los bordes, dicho espesor se va reduciendo, podemos encontrar 3 formatos diferentes.

Cuando hablamos de lentes convergentes, la representación que se hace de los mismos es mediante una recta con flechas en ambas puntas.

Lentes biconvexas

Como su nombre lo indica, ambas superficies de la lente tienen son convexas.

La lente biconvexa convergente es la que tiene, de las 3 sub clasificaciones, el mayor grosor en la parte central.

Lentes plano convexas

De la misma manera, estos modelos tienen un lado plano y otro convexo formando una letra D.

Lentes menisco convergentes o cóncavo convexas

Estas lentes tienen forma de medialuna.

Una parte es convexa y la otra, en lugar de ser completamente plana, tiene una pequeña curvatura. Esta segunda parte es ligeramente cóncava.

Características de una lente convergente

Llegados a este punto, estamos en condiciones de enumerar ciertas características propias las lentes convergentes:

• Por lo menos una de sus partes es convexa
• El grosor máximo de estas lentes se encuentra en el centro
• Los rayos de luz que inciden sobre la lente convergen hacia un punto en común
• Los rayos se refractan hacia el plano focal
• Corrigen problemas visuales como hipermetropía (dificultad para ver de cerca, los objetos no se ven de forma nítida), vista cansada (presbicia) y algunos casos de astigmatismo mediante el uso de gafas o lentillas (lentes de contacto)
• Forman imágenes reales de objetos aunque hay un caso en el que pueden generar imágenes virtuales
• Son utilizados en instrumentos ópticos como microscopios como así también en centros de óptica y oftalmología

Rayos notables: trazado de rayos que inciden sobre una lente convergente

El análisis de incidencia de rayos nos permite conocer cómo se forma la imagen en una lente convergente.

En el siguiente video podemos ver de manera súper sencilla el comportamiento que tienen los rayos al atravesar la lente dependiendo de su dirección:

Rayos que inciden paralelo

En estos casos, los rayos que inciden paralelo se refractan pasando por el foco independientemente del punto en el que atraviesa a la lente.

Rayos que pasan por el foco

En estos casos, el rayo que pasa por el foco atraviesa la lente y continúa de forma paralela.

Rayos que pasan por el vértice

Los rayos que inciden en el vértice de la lente se refractan pero no modifican su trayectoria.

Formación de imágenes en lentes positivas. ¿Imágenes reales o virtuales?

Para realizar este estudio se analiza qué sucede cuando se ubica al objeto en diferentes posiciones con respecto al centro, al foco y a la lente.

Cuando el objeto se ubica por detrás del centro (a su izquierda) se entiende que se halla en el infinito (en el menos infinito).

En todos los casos, lo que se intenta hacer es probar si existe intersección entre los rayos de luz teniendo en cuenta:

1. El rayo que va desde el objeto e incide paralelo contra la lente
2. El rayo que va desde el objeto y pasa por el Foco anterior a la lente
3. El rayo que va desde el objeto y pasa por el vértice

Objeto ubicado en el infinito: imagen real más pequeña

En este caso, el rayo que incide paralelo (rojo) atraviesa la lente pasando por el foco F’ y el rayo que pasa por el Foco F (azul) se refracta en forma paralela, cruzándose ambos haces de luz formando una imagen invertida y más pequeña.

Nótese que la imagen formada se encuentra entre el Foco y el Centro del plano focal y se trata de una imagen real debido a que se cruzaron en ese punto los rayos originales.

Por último, el rayo del vértice (negro) concuerda con la ecuación ya que pasa por el mismo punto donde se han cruzado los otros rayos.

Objeto ubicado en el centro: imagen real del mismo tamaño

Si el objeto se ubica en el centro, los rayos que inciden paralelo y el que pasa por el foco coinciden luego de la refracción formando una imagen del mismo tamaño e invertida.

Al haber coincidencia, la imagen es real y se ubica en el centro C’.

Objeto ubicado entre el centro y el foco: imagen real más grande

Cuando el objeto se encuentra entre C y F, los rayos se encuentran del otro lado de la lente pero formando una imagen más grande que la original aunque también invertida.

Esta imagen real es ubica en el infinito.

Objeto ubicado en el foco F: no hay imagen

En una lente convergente no se forma imagen cuando el objeto se ubica en el foco.

Esto se da ya que los rayos nunca se cruzan (solo lo harían en el infinito).

En este caso no se puede usar la recta que pasa por el foco F por lo que se usa en su lugar el rayo que pasa por el vértice.

¿En qué condiciones una lente convergente produce una imagen virtual?

Existe un caso más en el cual no se produce una imagen real debido a que los rayos no se intersecan, pero por proyección se puede crear una imagen virtual.

Esto se da cuando el objeto se ubica entre el foco y el vértice.

Como vemos, los rayos se abren haciendo imposible que se crucen en algún momento.

Sin embargo, si prolongamos los rayos a izquierda tenemos una intersección que da lugar a la formación de una imagen virtual.

Esta imagen es de mayor tamaño, derecha y ubicada delante de la lente.