I. Introducción.
En esta práctica
usaremos el material de óptica para analizar los fenómenos de reflexión y
refracción de la luz, así como algunos efectos particulares en la reflexión y
refracción como son reversibilidad, dispersión y reflexión total interna.
El carácter de la luz
es ondulatorio pero bajo ciertas condiciones la luz viaja siguiendo
trayectorias en línea recta, que podemos representar como rayos. Esta es la
condición de la óptica geométrica, conocida también como óptica de rayos.
Podemos usar con seguridad las ecuaciones de la óptica geométrica cuando un haz
de luz se encuentra con obstáculos como espejos, lentes o prismas cuyo tamaño
lateral no sea mayor que la longitud de onda de la luz. Cuando un rayo incide
sobre la frontera entre dos medios, puede suceder una o más de 3 cosas (que la
luz se absorba, se refleje o se refracte).
Mirar en un espejo y
ver una imagen casi exacta de uno mismo difícilmente parece ser el resultado de
principios físicos simples. Pero así es. La naturaleza de la imagen que se ve
en el espejo es explicable en los términos que ya se han mencionado: La ley de
la Reflexión y la propagación en línea recta de la luz
II. Objetivo
El alumno estudiará: la
reflexión y refracción de la luz, y analizará los efectos de reversibilidad,
dispersión y reflexión total interna.
III. Fundamentación teórica
Refracción y Reflexión,
Ley de Snell, Índice de refracción, Óptica Geométrica, Metodo de trazdo de
rayos, ¿Qué es la Luz?
IV. MATERIALES
·
bases metálicas
·
fuente de luz
·
pantalla opaca
·
tabla de rayos
·
rejilla
·
riel magnético
·
espejo triple
·
placa con una sola abertura
·
lente cilíndrica
Figura 9.1 Montaje del equipo, experimento de
reflexión.V. Procedimiento
1.
·
Arma el material de
acuerdo a la fig. 9.1. Alinea el rayo central sobre la línea marcada como “normal”
de la tabla de rayos.
·
Varia la distancia a la que se encuentra la rejilla,
a modo de ver sobre la mesa de rayos líneas luminosas nítidas y delgadas.
·
Coloca la placa de una sola ranura para tener un
solo rayo de luz sobre la mesa de rayos y sobre esta el espejo por la parte
plana, alineado a la línea de “componente”.
·
Identifica rayo incidente, rayo reflejado, normal, y
plano de incidencia.
·
Medir el ángulo del rayo reflejado, variando el rayo
incidente
2.
De manera
similar a la anterior veremos ahora la ley de la refracción, solo que ahora con
la lente cilíndrica en lugar del
espejo, también úsala por la parte plana. Fig.9.2.
Tabla 8.1 Angulo de :
|
Tabla 8.2 Angulo de :
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Incidencia
|
Reflexión1
|
Reflexión2
|
Incidencia
|
Refracción1
|
Refracción2
|
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0°
|
0°
|
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10°
|
10°
|
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20°
|
20°
|
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30°
|
30°
|
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90°
|
90°
|
|||||
Figura 9.2 Montaje del equipo, experimento de
refracción
Reversibilidad. Sin alterar la alineación de la
lente, rota el tablero de rayos y deje que el rayo incidente llegue por la
superficie curva de la lente. Coloque los ángulos de incidencia2
para la tabla 8.3 iguales a los ángulos de refracción de la tabla 8.2. (ver
figura 8.2) anote los ángulos de refracción correspondientes.
5. Reflexión total interna.
Sin mover la tabla de rayos o la lente cilíndrica, observa que no todos los
rayos de luz se refractan, parte de la luz es también reflejada. Realice
mediciones para diversos ángulos, hasta encontrar para qué ángulo desaparece
totalmente el rayo refractado.
Tabla
8.3 Angulo de:
|
Angulo de
incidencia
|
Angulo de
refracción
|
Color
|
||||
VI. Análisis y Presentación de Resultados.
1. Gráfica los datos de este experimento.
¿Parecen
los rayos seguir una línea recta dentro del espejo?
¿Son
los resultados de ambas mediciones los mismos? Si no, ¿A qué atribuyes la
diferencia?
Parte de la ley de reflexión establece
que el rayo incidente, la normal y el rayo reflejado yacen en un mismo plano.
Explica como esto se muestra en tu experimento.
¿Qué
relación se observa entre el ángulo de incidencia y el de reflexión?
2.
Gráfica los datos
anteriores: Luego has un cambio de variable, piensa en el que te sugiere la
gráfica anterior o analiza a que función se parece, ¿parece una función
senoidal? Entonces ahora gráfica seno del ángulo de incidencia vs. Seno del
ángulo de refracción. Dibuja el mejor ajuste de tus dos juegos de datos. Mida
la pendiente de la gráfica. Tome el promedio de sus resultados para determinar
el índice de refracción (tome el índice de refracción del aire igual a 1).
¿Se
dobla el rayo cuando pasa hacia la lente por la superficie plana de esta?
¿Se
dobla el rayo cuando pasa por la
superficie curva de la lente?
¿Es
la gráfica consistente con la ley de refracción?
3.
Reversibilidad. Usando los
valores obtenidos para incidencia1 y refracción1, determine el índice de
refracción. (Asuma que el índice de refracción del aire es 1.0). Si ahora se
hace lo mismo pero con los valores de incidencia2 y refracción2, ¿Qué valores
espera obtener? Muestre los ángulos de incidencia y refracción para las dos
superficies atravesadas por el rayo. Use flechas para indicar la dirección de
propagación del rayo. Ahora invierta las flechas en el rayo de luz. Muestre que
los nuevos ángulos de incidencia y refracción son todavía consistentes con la
ley de refracción. Este es el principio de la reversibilidad óptica.
¿Es
la ley de refracción la misma para rayos de luz que viajan en cualquier
dirección entre dos medios? Haga un diagrama mostrando un rayo de luz que viaja
en y fuera de una lente cilíndrica.
¿Es
el principio de reversibilidad consistente para la reflexión como para la
refracción?
Dispersión. Grafica ángulo de
incidencia contra ángulo de refracción. Calcula el índice de refracción del
acrílico para la luz roja y la luz azul.
¿Para
qué ángulo de refracción comenzamos a observar la separación de colores en el
rayo refractado?
¿Para
qué ángulo de refracción la separación de colores será la máxima?
¿Qué
colores se presentaban en el rayo refractado? (Escribir en el orden de mínimo a
máximo ángulo de refracción).
Preguntas,
Reflexión
total interna
¿Para
qué ángulo desaparece totalmente el rayo refractado, explica este fenómeno?
¿Para
qué superficie de la lente ocurre primero la reflexión?
¿Existe
un rayo reflejado para todos los ángulos de incidencia?
¿Son
los ángulos de los rayos reflejados consistentes con la ley de reflexión?
¿Existe
un rayo refractado para todos los ángulos de incidencia?
¿Qué
tanto varia la intensidad de los rayos reflejados y refractados con respecto al
ángulo de incidencia?
VII. Precauciones.
Antes
de iniciar verificar que no nos llegué una luz exterior a nuestro experimento
así como evitar que la luz de nuestro experimento se dirija hacia otro equipo
de trabajo.
Verificar que nuestro sistema este bien alineado, esto es
que el rayo de luz central cruce exactamente por el centro del disco.
La
fuente de luz debe estar bien ventilada, no tapar la salida. Y evita que está
esté encendida un tiempo excesivo.
NO tocar
las caras de los elementos ópticos. Lavarse bien las manos.
.l.
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