Calcule a distância focal de uma lente a partir de seu índice de refração e dos raios de curvatura usando a equação do fabricante da lente, mais a potência da lente em dioptrias.
Entradas
Índice de refração do material da lente, n > 1 (vidro da coroa ≈ 1,52).
Positivo se o centro de curvatura da superfície estiver a jusante (além da lente), negativo se a montante.
Mesma convenção de sinais de R1. Uma lente biconvexa é normalmente R1 > 0 e R2 < 0.
Distância focal
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Insira o índice de refração e ambos os raios acima.
Entradas
Índice de refração do material da lente, n > 1.
Positivo se o centro de curvatura da superfície estiver a jusante, negativo se a montante.
Mesma convenção de sinais de R1. Um |R1|/|R2| fornece uma lente mais forte (dioptria mais alta).
Potência da lente
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Insira o índice de refração e ambos os raios acima.
Entradas
Escolher uma quantidade aqui calcula-a a partir dos outros três campos abaixo.
Índice de refração do material da lente, n > 1.
Positivo se estiver a jusante da lente, negativo se estiver a montante.
Mesma convenção de sinais de R1.
Positivo para lentes convergentes, negativo para lentes divergentes.
valor resolvido
—
Escolha uma quantidade para resolver e preencha os outros três campos.
4 min de leitura3 etapas7 termos3 exemplos6 perguntas1/f = (n − 1)(1/R1 − 1/R2)
A equação do fabricante da lente conecta a forma física de uma lente – seu material e a curvatura de suas duas superfícies – ao comportamento óptico que a forma produz: distância focal e potência da lente.
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Etapas
Como usar esta calculadora
3 etapas▸
1
Insira o índice de refração e ambos os raios
Na guia Distância focal, insira o índice de refração do material da lente (n) e o raio de curvatura de cada superfície, R1 e R2, em centímetros. Use a convenção de sinais nas dicas de entrada: um raio é positivo se seu centro de curvatura estiver além da lente (a jusante), negativo se estiver antes da lente (a montante).
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Leia a distância focal e a potência da lente
O cartão de resultados mostra a distância focal instantaneamente, além da potência da lente em dioptrias e se a lente está convergente ou divergente. Mude para a guia Lens Power para ver o mesmo cálculo com dioptrias do número do título.
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Trabalhe de trás para frente na guia Resolver
Já conhece a distância focal e quer projetar a lente? Mude para Resolver, escolha o que resolver (distância focal, R1, R2 ou índice de refração), preencha os outros três campos e a calculadora encontrará o valor ausente.
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Referência
Fórmula e metodologia
3 fórmulas▸
Equação do fabricante de lentes
1/f = (n − 1)(1/R1 − 1/R2)
f é a distância focal de uma lente fina, n é o índice de refração do material da lente e R1 e R2 são os raios de curvatura da primeira e da segunda superfícies. f, R1 e R2 compartilham a mesma unidade de comprimento (centímetros nesta calculadora).
Potência da lente
P = 1/f
A potência da lente P é o inverso da distância focal medida em metros, expressa em dioptrias (D). Uma distância focal de 20 cm é 0,2 m, então P = 1/0,2 = 5 D. Os optometristas e os fabricantes de lentes usam dioptrias porque as potências das lentes aumentam diretamente quando as lentes são empilhadas.
Convenção de sinalização
R > 0 downstream · R < 0 upstream
Com a luz viajando da esquerda para a direita através da lente, o raio de curvatura de uma superfície é positivo se seu centro de curvatura estiver no lado distante (a jusante) da lente, e negativo se estiver no lado próximo (a montante). Uma lente biconvexa é, portanto, R1 > 0 e R2 < 0.
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Glossário
Principais termos explicados
7 termos▸
Equação do fabricante de lentesA fórmula 1/f = (n − 1)(1/R1 − 1/R2) que calcula a distância focal de uma lente fina a partir do índice de refração de seu material e da curvatura de suas duas superfícies.
Distância focalA distância de uma lente na qual os raios de luz paralelos que chegam convergem para um ponto (uma lente convergente) ou parecem divergir (uma lente divergente). Positivo para lentes convergentes, negativo para lentes divergentes.
Raio de curvaturaO raio da esfera da qual a superfície da lente é cortada. Um raio menor significa uma superfície mais curvada (mais íngreme); uma superfície plana tem um raio infinito.
Índice de refraçãoUm número adimensional (n) que descreve o quanto um material retarda e desvia a luz em comparação com o vácuo. O vidro óptico comum varia de cerca de 1,5 a 1,9; materiais de índice mais alto dobram a luz mais por unidade de curvatura, de modo que lentes mais finas podem atingir a mesma distância focal.
Potência da lenteO recíproco da distância focal em metros, P = 1/f, expresso em dioptrias. Maior potência significa uma lente mais forte e com distância focal mais curta; a potência é aditiva quando as lentes são combinadas em contato.
DioptriaA unidade de potência da lente, igual a um metro inverso (1 D = 1 m⁻¹). Os óculos de leitura são comumente de +1,00 D a +3,50 D; uma lente de óculos corretiva típica varia de cerca de -10 D a +6 D.
Lentes convergentes/divergentesUma lente convergente tem uma distância focal positiva e desvia os raios de luz paralelos para dentro em direção a um ponto focal real (por exemplo, uma lente biconvexa). Uma lente divergente tem uma distância focal negativa e espalha raios paralelos para fora, de modo que eles parecem originar-se apenas de um ponto focal virtual (por exemplo, uma lente bicôncava).
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Situações comuns
Exemplos práticos
3 exemplos▸
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Estudante de óptica
Uma lente de vidro biconvexa simétrica
Índice de refração (n) 1.5R1 20 cmR2 -20 cm
1/f = (1,5−1)(1/20 − 1/−20) = 0,5 × 0,1 = 0,05, então f = 20 cm. A distância focal positiva significa que esta é uma lente convergente – o clássico formato de lupa biconvexa dos livros didáticos.
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Estudante de optometria
Uma lente biconvexa mais forte, expressa em dioptrias
Índice de refração (n) 1.5R1 10 cmR2 -10 cm
Reduzir pela metade ambos os raios para ± 10 cm reduz pela metade a distância focal para f = 10 cm, o que dobra a potência para P = 1/0,10 m = 10 D - uma lente forte para óculos de leitura. Mais curvatura sempre significa mais potência, nunca menos.
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Física TA explicando convenção de sinais
Virando para uma lente bicôncava (divergente)
Índice de refração (n) 1.5R1 -20 cmR2 20 cm
Trocar os sinais de R1 e R2 do exemplo biconvexo inverte o resultado para f = −20 cm e P = −5 D. A distância focal negativa identifica uma lente divergente (bôncava) - mesmas magnitudes, curvatura oposta, comportamento óptico oposto.
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Referência
Citar esta calculadora
APA e MLA▸
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Análise detalhada
Compreendendo a calculadora de equações do Lens Maker
A equação do fabricante da lente conecta a forma física de uma lente – seu material e a curvatura de suas duas superfícies – ao comportamento óptico que a forma produz: distância focal e potência da lente. Esta calculadora calcula ambos diretamente de n, R1 e R2, e também pode trabalhar de trás para frente para resolver qualquer uma das quatro quantidades (n, R1, R2 ou f) dadas as outras três.
Como funciona a calculadora de equações do Lens Maker
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Para uma lente fina (aquela cuja espessura é pequena comparada a R1 e R2), a distância focal é dada por 1/f = (n − 1)(1/R1 − 1/R2). O termo (n - 1) captura o quanto mais o material da lente desvia a luz do que o ar circundante; o termo (1/R1 - 1/R2) captura o quanto as curvaturas das duas superfícies se combinam para focar ou espalhar essa luz curvada. Uma vez conhecido f, a potência da lente segue diretamente como P = 1/f (em dioptrias, com f medido em metros), e o sinal de f classifica a lente como convergente (f > 0) ou divergente (f < 0).
Entradas e o que elas significam
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O índice de refração (n) é uma propriedade sem unidade do material da lente — o vidro comum tem aproximadamente 1,5, e materiais com índice mais alto permitem obter a mesma potência com menos curvatura (lentes mais finas e planas). R1 e R2 são os raios de curvatura da primeira e segunda superfícies que a luz atinge, compartilhando qualquer unidade de comprimento em que você os inserir (centímetros aqui); seus sinais seguem a convenção de que um raio é positivo quando seu centro de curvatura está no lado mais distante da luz que entra na lente, e negativo quando está no lado mais próximo. Errar o sinal é o erro mais comum com esta fórmula - uma lente biconvexa é R1 > 0, R2 < 0, e simplesmente inverter esses sinais transforma as mesmas magnitudes em uma lente bicôncava e divergente.
Limites e casos extremos
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Esta calculadora usa a aproximação de lente fina, que ignora a espessura física da lente e qualquer aberração esférica de superfícies reais e não ideais — ela é precisa para lentes corretivas e de câmera típicas, mas não para lentes especiais espessas ou altamente curvas. Uma superfície plana tem um raio de curvatura infinito em vez de zero, então uma lente plano-convexa é modelada tornando um raio muito grande em vez de inserir zero (inserir 0 para R1 ou R2 é tratado como inválido, pois implica uma superfície curvada para um único ponto). Se R1 for igual a R2 exatamente, os dois termos de curvatura são cancelados até a potência óptica zero – um pedaço plano de vidro – que esta calculadora sinaliza em vez de retornar uma distância focal infinita indefinida. A equação do fabricante da lente fornece apenas a distância focal e a potência da própria lente; para descobrir onde uma imagem realmente se forma a partir de uma determinada distância focal e distância do objeto, consulte a Calculadora de equações de lente.
❓
Perguntas
Perguntas frequentes
6 perguntas▸
Qual é a fórmula da equação do fabricante de lentes?+
1/f = (n − 1)(1/R1 − 1/R2), onde f é a distância focal, n é o índice de refração do material da lente e R1 e R2 são os raios de curvatura da primeira e segunda superfícies da lente.
Como faço para converter a distância focal em dioptrias?+
A potência da lente em dioptrias é P = 1/f, com f medido em metros. Uma distância focal em centímetros deve ser dividida primeiro por 100 - uma distância focal de 20 cm é 0,2 m, dando P = 1/0,2 = 5 dioptrias.
Qual é a convenção de sinais para R1 e R2?+
Com a luz viajando da esquerda para a direita, o raio de curvatura de uma superfície é positivo se seu centro de curvatura estiver além (a jusante) da lente, e negativo se estiver antes (a montante) da lente. Uma lente biconvexa simétrica é R1 positiva e R2 negativa; inverter ambos os sinais dá a lente bicôncava equivalente.
Como posso saber se uma lente está convergente ou divergente?+
Verifique o sinal da distância focal calculada: um f positivo significa uma lente convergente (ela foca a luz paralela em um ponto real, como uma lupa), e um f negativo significa uma lente divergente (ela espalha a luz paralelamente, como a lente em um olho mágico).
Quais unidades a calculadora usa?+
O índice de refração (n) não tem unidade. R1, R2 e a distância focal resultante estão todos em centímetros. A potência da lente é sempre informada em dioptrias (1/metro), que a calculadora converte internamente a partir da distância focal baseada em centímetros.
Posso resolver o raio de curvatura em vez da distância focal?+
Sim. Mude para a guia Resolver e escolha R1, R2 ou Índice de refração no menu "Resolver para" - a calculadora reorganiza algebricamente a equação do fabricante da lente e calcula essa quantidade a partir dos outros três campos.
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