¿Por qué la apertura máxima (permitida) de una cámara se reduce cuando aumenta su zoom?
La respuesta corta es porque es más barato fabricar tales lentes. Cuanto más larga sea la lente y más ancha sea la apertura, mayores serán los elementos ópticos de la lente, por lo tanto, mayor será el gasto para producirlos.
Un objetivo como el 70-200/2,8 debe tener un elemento óptico frontal de 200 mm/2,8 = 72 mm, que es un gran trozo de cristal. Por otro lado, el 70-300/4-5,6 debe tener 300 mm/5,6 = 54 mm de ancho. Si fuera f/4 en todo su rango, el elemento óptico tendría que tener 75 mm de ancho, incluso más grande que el mucho más caro 70-200/2.8.
En su pregunta, dice "la apertura máxima de la cámara". La cámara no tiene apertura, el objetivo sí. Diferencia menor pero importante, especialmente para las SLR: una vez que quita la lente, ve que la cámara es solo un cubo de luz con un gran orificio en el frente.
DETALLES:
La apertura es la relación entre la distancia focal de la lente y el tamaño del elemento óptico frontal. Esencialmente
apertura = distancia focal / tamaño del elemento óptico
Por ejemplo, un objetivo de 50 mm f/1,8 tiene un tamaño de elemento de 28 mm (50/1,8).
Si te preguntas por qué los números f-stop no parecen ser lineales (no lo son), es porque la cantidad de luz captada por la lente es proporcional a la distancia focal dividida por la apertura al cuadrado. Debido a esta potencia de 2, f/4 recoge el doble de luz que f/5,6, ya que 5,6/4=sqrt(2).
El número F es la relación entre la apertura de apertura y la distancia focal. Imagine una apertura que tiene un diámetro fijo y está ubicada justo detrás del elemento frontal de la lente del zoom. independientemente de la distancia focal real elegida. En este caso, a medida que acerca el zoom (aumenta FL), la relación se hace más pequeña (el número F se hace más grande). A medida que se aleja, la relación aumenta (el número F se hace más pequeño).
En lentes de apertura fija, el diseño óptico/mecánico es tal que la relación se mantiene en todo el rango del zoom. Esto permite acercar y alejar el zoom mientras compones sin preocuparte de que detuviste la apertura mientras estabas fuera, cuando necesitas la apertura máxima cuando estás de vuelta.
mattdm