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Inicio/Óptica y luz/Cámara oscura

Cámara oscura

Triángulos semejantes: altura de la imagen h_i = h_o · v/u.

Geometría

0.45 m
2.8 m
1.6 m

Triángulos semejantes: h_i / h_o = v/u. Los rayos de cada punto pasan por un solo orificio: el brillo crece con el área del orificio, pero cae la nitidez (límite geométrico).

Magnitudes medidas

Altura de la imagen |h_i|0.257 m
Aumento |M|0.571

Sobre el modelo

La cámara oscura forma imagen sin lente: los rayos del objeto pasan por un orificio pequeño y dan una proyección invertida en la pantalla. Por semejanza de triángulos, h_i = h_o · (v/u), donde u es la distancia al objeto y v la distancia a la pantalla. La imagen es mayor si la pantalla está más lejos o el objeto más cerca. El mismo flujo de luz se reparte en un área mayor: la imagen queda más tenue. El modelo es de rayos: el orificio como un punto; la difracción solo como una salvedad sobre el límite de nitidez. Se cambian la altura del objeto, u y v.

Para quién: Secundaria y bachillerato: propagación rectilínea de la luz y formación de imagen.

Conceptos clave

  • cámara oscura
  • triángulos semejantes
  • formación de imagen
  • óptica geométrica
  • orificio
  • imagen invertida
  • aumento
  • modelo de rayos

Cómo funciona

El objeto, el orificio y la pantalla forman triángulos semejantes: |h_i|/h_o = v/u; la imagen está invertida. En el esquema, los rayos de lo alto y lo bajo del objeto se cruzan en el orificio. No se calcula la difracción: es una entrada a la formación de imagen antes de las lentes.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la imagen está invertida?
Los rayos van en línea recta y se cruzan en el orificio: lo alto del objeto cae en lo bajo de la pantalla, y lo bajo, en lo alto. Es una propiedad de la proyección por un punto, no un rasgo de la lente.
¿Un orificio más pequeño siempre hace la imagen más nítida?
Hasta cierto punto: menor orificio — menor mancha geométrica de cada punto. Un orificio demasiado estrecho difracta en los bordes y la nitidez vuelve a caer. Hay un tamaño óptimo.
¿Qué tiene que ver h_i = h_o · v/u con la ecuación de la lente delgada?
En la lente, 1/f = 1/u + 1/v fija dónde queda la imagen nítida. En la cámara oscura no hay foco: todas las distancias están «en foco» y el tamaño lo da solo la semejanza. Es el caso límite de una lente muy débil y una profundidad de campo infinita.
¿Por qué al alejar la pantalla la imagen queda más tenue?
El área de la proyección crece y el flujo del objeto es el mismo, así que baja la iluminancia. Para una fuente puntual la iluminancia cae, de modo aproximado, como 1/v².