¿Cómo se relaciona el tamaño de apertura física con f/stop?

"Por lo tanto, la lente 2 tiene una apertura máxima mayor que la lente 1 y, por lo tanto, tiene la capacidad de permitir más luz.

Aquí es donde su comprensión no es del todo correcta. El tamaño físico de la apertura es ciertamente mayor en la lente más larga, pero no deja pasar más luz, porque la distancia focal más larga significa que el campo de visión es más estrecho. Esto significa que el cono de luz que ingresa a la lente también es más estrecho, lo que lleva a una reducción en el brillo general.

La razón por la que la apertura se expresa en función de la distancia focal es exactamente esta: para que el mismo número represente el mismo brillo. No estoy seguro de por qué cree que la apertura mínima no puede ser la misma para ambos lentes, por lo que es difícil abordar ese punto a menos que aclare su razonamiento. El objetivo de 105 mm tendrá un diámetro de apertura de ~3,3 mm a f/32 y el objetivo de 60 mm tendrá un diámetro de apertura de 1,875 mm a f/32. Ambos dejarán entrar la misma cantidad de luz por la razón dada anteriormente.

Cuando la gente habla de "apertura" en fotografía, casi siempre se refiere al número f/stop, no al tamaño físico de la apertura, que rara vez es relevante en los cálculos de exposición.

Consideremos una cámara estenopeica simple, tomando una fotografía de una pared uniformemente iluminada.

Debido a que esta es una pared uniformemente iluminada, cada uno de estos rayos representa la misma cantidad de luz. Hay nueve rayos que golpean la película.

Ahora, si movemos la película hacia atrás, obtenemos un campo de visión más estrecho. Esto corresponde a la distancia focal más larga de su lente de 105 mm.

La apertura sigue siendo del mismo tamaño, y sigue pasando la misma cantidad de luz (9 rayos) a través de ella, pero debido a que el campo de visión es más pequeño, menos cantidad de luz llega a la película. Ahora solo hay 5 rayos incidiendo en la película.

Sin embargo, a medida que agranda este agujero, pasa más luz, pero necesitará agregar una lente para enfocarla si desea una imagen clara. Sin embargo, el principio básico aún se aplica: una lente más larga o un campo de visión más estrecho significa que está capturando menos luz que pasa a través de la apertura de la película.

El número f compensa este efecto, dándonos un número que, si es igual, reúne la misma luz en la película independientemente de la distancia focal. El número f se calcula dividiendo la distancia focal por el diámetro efectivo de la apertura ¹ :

Algo confuso, "f" es la distancia focal y "N" es el número f. Pero es menos confuso si recuerda que los números f generalmente se escriben con un prefijo "f/", como en "f/4". Lo que esto significa es que "el diámetro efectivo de la apertura es la distancia focal (f) dividida por 4: f/4".

^{1: efectivo porque el tamaño físico de la apertura puede ser modificado por la óptica que la rodea, y exactamente en qué parte del camino óptico se encuentra la apertura.}