Reflexion Y Refraccion De La Luz 32q41

Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008

Laboratorio de Física D Práctica Nº: 2 Título: Reflexión y refracción de la Luz Nombre: Carlos Duran Salazar Fecha: Martes 17 de Noviembre del 2009 Paralelo: 5 Profesor: Ing. Manuel Villavicencio Vivas Objetivos: 

Estudiar la reflexión y la refracción de la luz. Medir el índice de refracción de un objeto.

Resumen: Generalmente todo rayo de luz que viene de una fuente luminosa que se propaga en una superficie que pasa a través de un medio a otro medio se refracta y después se refleja. Por medio de esta experiencia buscamos analizar los diferentes ángulos del rayo incidente, reflejado, refractado de un mismo objeto a través de un mismo material. Y las diferentes medidas que tomamos experimentalmente se van a comparar con respecto al valor teórico que vamos a conocer, intentando dar una explicación física al porqué de estos fenómenos, mediante un experimento realizado en el laboratorio de física D alguno de los equipos que definiremos a continuación

Introducción: La mayoría de los objetos que vemos son visibles debido que la luz proveniente de una fuente luminosa incide sobre estos objetos cambiando su dirección para luego llegar a sus retinas de nuestros ojos. El cambio de dirección de haz luminoso cuando incide en una superficie se conoce como reflexión. Si en el camino de un haz de luz se interpone un dieléctrico pero su dirección es alterada. A este cambio de dirección se conoce como la refracción de la luz. Las leyes de la reflexión y refracción pueden ser derivadas de las ecuaciones de Maxwell, pero también pueden ser derivadas de relaciones geométricas simples.

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Marco Teórico: La ley de reflexión. Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie de separación entre dos medios transparentes homogéneos e isótropos, una parte del rayo incidente se refleja y se queda en el medio de donde provino y la otra parte se transmite al otro medio. El ángulo θ1 formado por el rayo incidente y la normal N a la superficie de separación en el punto de incidencia se denomina ángulo de incidencia; el ángulo formado por el rayo reflejado y la normal θ1' se denomina ángulo de reflexión (ver la figura). El rayo reflejado se encuentra en el mismo plano que el incidente y la normal en el punto de incidencia, pero por el lado opuesto a esta normal; el ángulo de reflexión θ1' es igual al ángulo de incidencia θ1: θ1' = θ1, Que es la expresión de la ley de reflexión: Un rayo luminoso se refleja en la superficie plana formando un ángulo de reflexión igual al de incidencia. La ley de reflexión determina la dirección del rayo reflejado. Basándose en las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo, se puede demostrar que en caso que n 1 < n2 el rayo reflejado sale en oposición de fase al rayo incidente, es decir, cambia su fase en π. La ley de refracción. Cuando un rayo luminoso monocromático incide sobre la superficie de separación entre dos medios transparentes homogéneos e isótropos, una parte del rayo incidente se refleja y se queda en el medio de donde él provino y la otra parte se transmite al otro medio tomando una nueva dirección, es decir, desviándose. Se dice que al pasar de un medio al otro el haz luminoso se refracta. El ángulo formado por el rayo incidente y la normal N es el ángulo de incidencia,θ1; θ2, formado por el rayo refractado y la normal, es el ángulo de refracción (ver la figura). Se puede demostrar que entre los ángulos θ1 y θ2 y las velocidades υ1 y υ2 de la luz en los medios 1 y 2, respectivamente, existe la siguiente relación (1) Por definición

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donde c es la velocidad de propagación de la luz el vacío. De aquí se deduce que:

Por lo tanto, la igualdad (1) puede escribirse,

o simplemente, que es la expresión matemática de la ley de refracción de Snell que afirma : Cuando se refracta un rayo luminoso se cumple: n1 senθ1 = n2 senθ2. El rayo incidente, el refractado y la normal a la superficie en el punto de incidencia se encuentran en el mismo plano. Para dos sustancias dadas la relación n2 /n1 es constante, o sea,

Según la ley de Snell el ángulo de refracción es menor que el ángulo de incidencia para un rayo que pasa del medio menos denso al medio más denso, es decir, el rayo se desvía hacia la normal. Si la luz se propaga del medio más denso al medio menos denso el rayo refractado se desvía alejándose de la normal. De la fórmula (1) se desprende siendo el ángulo de incidencia igual a cero (θ1 = 0), será también igual a cero el ángulo de refracción (θ2 = 0), ya que v1 /v2 ≠ 0, lo que significa, que el rayo que incide perpendicularmente a la superficie de separación de los medios, no se refracta al pasar de un medio al otro. La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente por un científico holandés Willebrord van Roijen Snell en el año 1621.

Índice de refracción. El índice de refracción de una sustancia se define por la relación n = c/υ donde c es la velocidad de la luz en el vacío y υ es su velocidad en el medio dado (evidentemente n > 1). Es una magnitud adimensional. El valor del índice de refracción del vacío es igual a la unidad. El índice de refracción del aire es aproximadamente igual a 1 (n aire = = 1,00031), por lo que en la mayoría de los casos se acepta con este valor sin introducir errores considerables. El índice de refracción depende no solo de la sustancia, sino también de la longitud de onda [n = f(λ)].

Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008 El índice de refracción del medio dado con respecto al vacío se llama índice absoluto de refracción de este medio. En mayoría de los casos la palabra absoluto se omite, por lo que cuando se habla del índice de refracción de una sustancia dada se entiende que se trata del absoluto. La magnitud n21 = n2 /n1, donde n1 es el índice absoluto de refracción del medio 1 y n2 es el índice de refracción absoluto del medio 2, se llama índice relativo de refracción del segundo medio con respecto al primero. Entre dos medios cuyos índices de refracción son diferentes, el medio con menor índice de refracción se denomina ópticamente menos denso, y el medio con mayor índice, ópticamente más denso. El medio cuyo índice de refracción n es igual en todos los puntos se llama homogéneo. Y el medio en el cual el índice de refracción n no depende de la dirección de propagación de la onda luminosa se denomina isótropo.

Procedimiento Experimental: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. 8. 9.

Lea todo el contenido de la guía y consulte la bibliografía. Coloque los equipos como indica la figura Identifique los rayos incidente, reflejado y refractado. Varié el ángulo del rayo incidente, observe el rayo reflejado y refractad . Registre sus datos en la tabla Cambie la semiluna de acrílico por un prisma rectangular. Manteniendo la distancia entre la pantalla y el diafragma constante aleje el diafragma de la fuente luminosa. Observe el tamaño de la imagen sobre. Registre sus observaciones en la tabla 2. Gire la pantalla 45º .Observe la cantidad de luz reflejada sobre la pared .Registre sus observaciones. Remplace la pantalla por un espejo y observe la cantidad de luz reflejada. Registre sus observaciones. Coloque un prisma en el haz de luz y gírelo. Observe que la luz que emerge del prisma.

Equipo de Trabajo:      

Fuente Puntual Diafragma o colimador Prisma rectangular Semiluna Lente divergente Disco Óptico(graduado)

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Gráficos:

Datos: n 1 2 3 4 5

α 10 20 30 40 50

Β 10 19 29 38 45

γ 7 13 20 27 31

Sen (α) 0.17 0.34 0.5 0.64 0.76

Sen (β) 0.17 0.32 0.48 0.62 0.70

Sen (γ) 0.12 0.22 0.34 0.45 0.51

n2 1 1.41 1.46 1.47 1.51

α : Angulo de incidencia β : Angulo de reflexión γ : Angulo de refracción n : Índice de refracción

Observaciones: Escriba sus observaciones acerca de los experimentos realizados en esta práctica. 1. ¿Qué relación existe entre los rayos reflejados, refractados e incidentes? Explique por que Que experimentalmente los rayos medidos aunque tenga un error de propagación del disco graduado, cumplen con la ley de la reflexión y refracción con respecto al valor teórico comparado con el experimental. 2. ¿Cuál fue el ángulo crítico en la práctica con la semiluna? Explique por qué sucede este fenómeno.

Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008 Fue el de 42º, debido a la reflexión total interna que se observa en la parte convexa del casquete esférico 3. Determine el índice de refracción utilizando un prisma rectangular Ley de Snell ( ) ( ) n1= 1 n2 = (1) Sen (30º) = n2Sen (20º) (0.5)=n2 (0.34) n2 = 1.50 4. ¿Cuáles cuerpos y combinaciones de cuerpos son convergentes y cuales son divergentes? Explique por qué Convergente-convergente: hacen que los rayos estén en el mismo puto focal. Divergente – divergente: los rayos se abren y se mantienen el mismo foco Convergente – divergente: los rayos son paralelos y el foco es indefinido. Divergente – convergente: hacen que el objeto y el objeto estén en el mismo lugar.

Conclusiones: 

A medida que aumentamos el ángulo de incidencia de un mismo objeto a través de un tipo de lente, mas aumenta el ángulo de refracción y su nuevo índice de refracción tiende a tener un valor mas preciso que es valor del vidrio.

Bibliografía: 

Serway, R. Física (Tomo II) (1996); 5ta. Edición; McGraw-Hill, México.

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Serway, R.; Faughn, J. (2001); 5ta. Edición; Pearson Educación, México.

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Kane, J.W. D; Sternheim, M. M. Física. 2º edición.Ed. Reverté.

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Asimov, I. (1987) Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología 1, 2da. Edición; Alianza Editorial; Madrid.