¿Cómo alterar el número F permite que cambie la profundidad de campo?

Voy a dar una respuesta totalmente no científica para complementar las respuestas dadas ya.

Considere que la luz natural está dispersa y con eso quiero decir que la luz de la fuente principal y las fuentes reflectantes, incluido el polvo y el vapor de agua en el aire, proviene de muchas direcciones. Cuando hace que la abertura de su lente sea más pequeña, comienza a restringir la luz que golpea su sensor / película solo a la luz que proviene directamente de delante de la cámara, es decir, elimina toda la luz dispersa de otras fuentes. A medida que la abertura se hace más pequeña, se elimina la luz más dispersa. Hacer que la abertura sea más pequeña continúa agudizándose hasta que los límites del sistema de lentes comienzan a desenfocar la imagen (aberración óptica y difracción).

Es por eso que funcionan las cámaras estenopeicas (cámaras que no tienen lentes). Estas cámaras pueden crear una imagen nítida sin lente. No hay límite de aberración óptica, pero todavía hay un límite de difracción. Puede ver la Historia y la Teoría, incluido cómo lograr f-stops hasta f / 400 en estas cámaras. Por cierto, hay plataformas de cámara estenopeicas variables como esta:

… Junto con tapas corporales que se ajustan a los cuerpos de las cámaras SLR para la fotografía estenopeica.
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Después de hacer una búsqueda en Google para la calculadora de profundidad de campo y profundidad de campo, encontrará que hay literalmente docenas de explicaciones. Algunos buenos, otros menos. Ninguno de los que vi fue realmente malo. Todos tenían una o dos cosas en común: no abordaron completamente su pregunta y / o agregaron algo más a la discusión. Muchos eran demasiado técnicos.

Dicho todo esto, creo que photography.about.com dio una de las mejores explicaciones si no necesita comprender la física de cómo la apertura afecta la profundidad de campo. No importa qué enlace utilice, busque ejemplos incluidos para ayudarlo a visualizar la discusión.

Además de las calculadoras en línea para la profundidad de campo, se pueden encontrar calculadoras similares para teléfonos inteligentes y tabletas que usan el sistema operativo Apple iOS y Android. Además, puede encontrar tablas de profundidad de campo en libros y revistas y, en un momento, Kodak produjo un manual de fotografía que incluía una calculadora circular de profundidad de campo.

Finalmente, la mayoría de las lentes proporcionan una guía o escala de profundidad de campo simplificada en el cilindro de la lente, generalmente en el anillo / indicador de apertura. Ver foto arriba.

Con un f-stop más grande, obtienes una apertura más baja y, por lo tanto, una mayor profundidad de campo.

Por el contrario, un f-stop más bajo le brinda una mayor apertura y una menor profundidad de campo.

Piense en esto, con una cámara estenopeica se obtiene una profundidad de campo casi infinita.

Aquí hay una explicación geométrica.

Considere la luz que golpea un solo píxel perfectamente enfocado en el sensor de imagen de su cámara. Entró a través de la abertura frontal de la lente y luego se enfocó en un solo píxel. Si pudiera mirar dentro de la lente, vería un cono de luz: su base es la apertura de la lente, su punta es el píxel y la distancia entre la base y la punta es la distancia focal de la lente (más o menos).

Ahora imagine que nuestro píxel no está en foco perfecto. Esto significa que la punta del cono de luz, donde se enfoca la luz, está un poco delante o detrás del sensor de imagen. Ya no tenemos un punto puntiagudo en el sensor de imagen. En cambio, tenemos un círculo de confusión con un tamaño que depende de dos factores: primero, la distancia entre la punta del cono de luz y el sensor de imagen; y segundo, la forma del cono de luz: piense gordo y corto versus largo y puntiagudo.

OK, ya casi. Cambiar el número F de una lente cambia la apertura y, en consecuencia, hace que el cono de luz dentro sea más gordo (con una apertura abierta, por ejemplo, F / 2) o más puntiagudo (con la apertura cerrada, por ejemplo, F / 16). En el primer caso, un pequeño cambio en la distancia al sujeto produce círculos fuera de foco en el sensor de imagen que aparecen borrosos. Por otro lado, con una lente detenida, es decir, un cono de luz puntiagudo, la distancia tiene que cambiar mucho más para tener un círculo de confusión de tamaño similar y, por lo tanto, una cantidad similar de desenfoque; La profundidad de campo es mayor.

Estoy de acuerdo con todas las respuestas anteriores, la respuesta más sucinta y con suerte no técnica que se me ocurre es:
Al cambiar el F-Stop, es como cambiar la manguera a un ancho pequeño, lo que significa que para el mismo volumen de agua para llenar un balde, la manguera necesita correr más tiempo. Lo que esto significa con la fotografía es que al cerrar la apertura, el obturador debe abrirse más tiempo, lo que permite que los fotones de luz de los objetos que se encuentran más lejos se acumulen en el sensor. (Mayor profundidad de campo)