Ejercicio resuelto de Óptica · Física · País Vasco · 2021

B2.- Cámara fotográfica. Descripción. Esquema de la formación de imágenes.

$\mathbf{\text{C}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mara}}\mathbf{\text{fotogr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{fica.}}\mathbf{\text{Descripci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$

La cámara fotográfica es un instrumento óptico destinado a recoger sobre una superficie sensible la imagen real de los objetos que tiene delante. Sus elementos esenciales son:

i) El objetivo, un sistema de lentes que se comporta en conjunto como una lente convergente de distancia focal $f^{\mathrm{\prime }}$ conocida. Es el que forma la imagen.

ii) El diafragma, una abertura de radio variable situada junto al objetivo, que regula la cantidad de luz que entra. Su tamaño se expresa con el número $f$, cociente entre la distancia focal y el diámetro de la abertura.

iii) El obturador, que controla el tiempo durante el cual llega la luz a la superficie sensible.

iv) La superficie sensible: en las cámaras clásicas la película fotográfica y en las digitales el sensor, formado por una matriz de fotodiodos que convierten la luz en señal eléctrica.

v) El cuerpo de la cámara, opaco, que impide que llegue al sensor más luz que la del objetivo.

$\mathbf{\text{Esquema}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{formaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{im}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{genes.}}$










El objeto fotografiado está siempre mucho más lejos del objetivo que su foco, es decir, más allá del doble de la distancia focal. En esa situación la lente convergente forma una imagen real, invertida y de menor tamaño que el objeto, que es la que se recoge sobre el sensor.

${\displaystyle \frac{1}{s^{\mathrm{\prime }}}}-{\displaystyle \frac{1}{s}}={\displaystyle \frac{1}{f^{\mathrm{\prime }}}};\beta ={\displaystyle \frac{y^{\mathrm{\prime }}}{y}}={\displaystyle \frac{s^{\mathrm{\prime }}}{s}}$





Que la imagen sea real es imprescindible: solo así los rayos se cortan de verdad y pueden impresionar el sensor. Una imagen virtual, como la de la lupa, no se puede recoger en ninguna pantalla.

Enfocar consiste en conseguir que la imagen se forme exactamente sobre el sensor. Como la distancia focal del objetivo es fija, lo que hay que ajustar es la distancia entre el objetivo y el sensor: por eso el objetivo se desplaza al enfocar. Es la diferencia esencial con el ojo humano, en el que la distancia al fondo del globo ocular es invariable y lo que cambia es la distancia focal del cristalino.

Del cálculo se sigue además que, para objetos lejanos, $s\to \mathrm{\infty }$ y $s^{\mathrm{\prime }}\to f^{\mathrm{\prime }}$: la imagen se forma prácticamente en el plano focal, y el objetivo apenas necesita desplazarse. Solo al fotografiar objetos próximos hay que alejarlo apreciablemente del sensor.

El paralelismo con el ojo es completo en lo demás: el objetivo hace de córnea y cristalino, el diafragma de iris, y el sensor de retina.