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• Paul Lionel Munive Solis

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• Refracción
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LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR Tema:

PFR Página 1 Especialidad: Semestre : Grupo : Lab. N°:

Velocidad del Sonido en el Aire

CURSO: ONDAS Y CALOR LABORATORIO N° 8

“Reflexión, refracción de la luz lentes y espejos”

INTEGRANTE S MESA Nº4: ESPECIALIDAD: PROFESOR : FECHA DE ENTREGA :

Incahuanaco Flores, Renzo Alexis Huancara Mamani, Diana Roselin Munive Solis, Paul Lionel Nóe Sarayasi, Julio Cesar C-6 Juan de la Cruz Muñoz Medina 0 0 GRUP 15 3 7 O:

H

NOTA

C-6 I H 08

PFR C -6

Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

Página 2

Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejos

I.

Introducción La reflexión de la luz es el cambio en la dirección que experimenta un rayo cuando incide sobre una superficie opaca. Pero a que llamamos luz, pues la Luz es una forma de energía que emiten algunos objetos, a estos objetos les llamamos fuentes luminosas y pueden ser naturales como el Sol o artificiales como las bombillas que funcionan con energía eléctrica. Esta luz que sale de las fuentes luminosas se propaga en línea recta y en todas direcciones y a cada línea se le denomina rayo de luz. La velocidad de la luz depende del medio que atraviesa. La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada. En general los rayos se reflejan hacia el ojo como si procedieran detrás del espejo, pero realmente son los rayos que provienen del objeto y que se reflejan en el espejo.

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

II.

Página 3

Objetivos a) Estudiar las imágenes formadas en un espejo plano b) Deducir las leyes de la reflexión y refracción de la luz c) Comprobar experimentalmente la distancia focal de diversas lentes d) Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales

III.

Indicaciones de Seguridad

 Análisis de Trabajo Seguro (ATS)

N°

TAREAS

RIESGOS IDENTIFICADOS MEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO

1

Recoger materiales y

Correr al momento de recogerRecoger materiales sin correr

equipos de trabajo.

materiales y equipos y

Entre dos personas para

tropezar causándonos daño aequilibrar Peso, observando nosotros mismos y

probablemente

por donde caminamos. a

los

equipos. 2

Verificar

equipos

materiales

3

y

yColocar los materiales en

Tener mucho cuidado con

lugares no apropiados y

Materiales de vidrio, sensores,

dañarlo.

seguir instrucciones dadas.

Instalación de sensores Caída o ruptura de los materiales

4

Instalar con sumo cuidado los Materiales del laboratorio

Fuentes luminosas laser Cortos circuitos por fallas en Conectar apropiadamente la la instalación.

fuente luminosa laser,

ruptura de fuente laser por

fijar con cinta adhesiva las

mala sujeción manipulación bases para evitar su movimiento. 5

Intensidad de la luz

Daño a los ojos por

Seguir

apuntar directamente.

docente

indicaciones

No apuntar a los ojos. 6

Manipulación de lentes Romper los materiales, lentes, por mala manipulación y

Seguir indicaciones del docente, teniendo sumo cuidado en la manipulación de los espejos y lentes

producirse cortes. 7

Devolución de

Tropiezo con algún obstáculo Verificar que no haya

del

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo los materiales

En el camino

Página 4

ningún obstáculo el

camino

para devolver materiales y equipos

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

Página 5

Reflexión y ref

Al cambio de dirección que experimenta la luz al llegar a una superficie pulida se le llama reflexión El principio de la reflexión de la luz se puede ver desde otro punto de vista diferent

Reflexión

Es elreflectora. cambio en la d Es el cambio en la dirección del sonido y de la luz al incidir sobre una superficie La reflexión de la luz se asemeja al rebote de una pelota contra la pared. =(nlm-1)(1/R1-1/R2

Convergente

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo IV.

FUNDAMENTO TEÓRICO

V.

MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJO

Fuente Laser

Lente

Página 6

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

Figura 1 Espejo plano

Figura 3 Espejo curvo

VI.

Página 7

Figura 2 Juego de lentes

Figura 4 transportador

PROCEDIMIENTOS Reflexión de la luz usando un espejo plano.

 Coloque el espejo en posición vertical con la ayuda de la madera y la liga, luego céntrelo en el papel polar, alineando la superficie externa del espejo con la línea correspondiente a 0°.  Coloque un alfiler en el origen (punto de convergencia de todas las líneas) del papel polar.  Alinee el láser a lo largo de una de las líneas para uno de los ángulos sugeridos en la tabla 1, active el puntero y diríjalo hacia el alfiler.  Observe y mida el ángulo que forma el haz reflectado y anótelo en la tabla 1.  Repita los dos últimos procedimientos para todos los ángulos.

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

Esquema experimental

REFLEXION DE LA LUZ USANDO UN ESPEJO PLANO Cálculos de errores porcentuales (%) de la Tabla 1 Cálculo para

|θincidencia−θ reflexión|

E=

θ incidencia

|10° −10 °|

E=

E =0

10°

x 100

θi=10 ° x 100

Página 8

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo 10 grados Cálculo para

|θincidencia−θ reflexión|

E=

θincide ncia

|20° −19 °|

E=

20 °

θi=20 ° x 100

x 100

E =5

20 grados

Cálculo para θi=30 ° θ | incidencia−θ reflexión| E= x 100 θ incidencia

|30° −28 °|

E=

30 °

x 100

E =6,66

30 grados Cálculo para

|θincidencia−θ reflexión|

E=

θ incidencia

θi=40 ° x 100

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

|40 °−41°|

E=

40 °

x 100

E =2,5

40 grados

Cálculo para

|θincidencia−θ reflexión|

E=

θ incidencia

|50° −50 °|

E=

50°

θi=50 ° x 100

x 100

E =0

50 grados Cálculo para

|θincidencia−θ reflexión|

E=

θ incidencia

|60 °−59 °|

E=

60 °

x 100

θi=60 ° x 100

Página 10

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo E =1,66

60 grados

θi=70 °

Cálculo para

|θincidencia−θ reflexión|

E=

θ incidencia

|70° −70 °|

E=

70°

x 100

x 100

E =0

70 grados Cálculo para

|θincidencia−θ reflexión|

E=

θ incidencia

|80 °−80 °|

E=

E =0

80 °

x 100

θi=80 ° x 100

Página 11

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

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80 grados

TABLA 1: Reflexión de la luz usando un espejo plano θi 10 ° 20 ° 30 ° 40 ° 50 ° 60 ° 70 ° 80 °

θr 10 19° 28° 41° 50° 59° 70° 80°

E 0 5 6,66 2,5 0 1,66 0 0

Refracción de la luz usando una lente.   

Anote la longitud de onda del láser. Coloque el lente en el papel polar alinee la superficie plana con la línea correspondiente a 0°, haga coincidir el centro de esta cara plana con el origen del papel polar. Alinee el puntero láser a lo largo de una de las líneas para uno de los ángulos sugeridos en la tabla 2, active el puntero y diríjalo hacia el origen.

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

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Figura 17 Esquema experimental o o

Se puede observar la traza del haz de luz refractado en el papel dando una ligera inclinación al láser, observe y mida el ángulo que forma el haz refractado y anótelo en la tabla 2. Repita los dos últimos procedimientos para todos los ángulos indicados en la tabla 2.

REFRACCIÓN DE LA LUZ USANDO UNA LENTE (AIRE-AGUA) Cálculos de índices de refracción del agua ( nagua ) de la Tabla 2 Datos teóricos

nagua =1,33 naire =1,00 Cálculo del promedio de los ángulos de refracción

Promedio θr = Promedio θr =

θr ( ° )

∑ θr 8 227,5 8

Promedio θr =28,44 Cálculo del promedio del seno de los ángulos de incidencia

θi ( ° )

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo Promedio sen θi= Promedio sen θi=

Página 14

∑ θi 8 5,18 8

Promedio sen θi=0,65 Cálculo del promedio del seno de los ángulos de refracción

Promedio sen θr= Promedio sen θr=

∑ θr 8 3,66 8

Promedio sen θr=0,46 Cálculo del índice de refracción del agua (nagua )

con

θi=10 °

naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r ) 1 ( 0,17 )=n agua (0,10) nagua =1,7

Cálculo del índice de refracción del agua

naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r ) 1 ( 0,34 )=nagua (0,13) nagua =2,62

(nagua )

con

θi=20 °

θr ( ° )

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

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20 grados  Cálculo del índice de refracción del agua

(nagua )

con

θi=30 °

(nagua )

con

θi=40 °

naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r ) 1 ( 0,5 )=n agua (0,35) nagua =1,43  Cálculo del índice de refracción del agua naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r ) 1 ( 0,64 )=nagua (0,48) nagua =1,33  Cálculo del índice de refracción del agua con

θi=50 °

naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r )

1 ( 0,76 )=n agua (0,55) nagua =1,38  Cálculo del índice de refracción del agua naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r ) 1 ( 0,86 )=n agua (0,64)

(nagua )

con

θi=60 °

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

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nagua =1,34  Cálculo del índice de refracción del agua

(nagua )

con

θi=70 °

(nagua )

con

θi=80 °

naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r ) 1 ( 0,93 )=n agua (0,69) nagua =1,35  Cálculo del índice de refracción del agua naire ( sen θi ) =nagua (sen θ r ) 1 ( 0,98 )=n agua (0,72) nagua =1,36  Cálculo del promedio del índice de refracción del agua Promedio nagua = Promedio nagua =

(nagua )

∑ nagua 8 12,51 8

Promedio nagua =1,56  Cálculo del error porcentual del índice de refracción del agua

|nteórico −nexperiment al|

E=

nteórico

|1,33−1,56|

E=

1,33

(nagua )

x 100

x 100

E =1,73

TABLA 2: Aire - lente y agua θi (° )

10°

20°

3 4 5 6 7 0° 0 0 0 0 ° ° ° °

8 0 °

θr (°)

6°

7,5°

20, 5°

4 6, 5°

2 9 °

3 4 °

4 0 °

4 4 °

Promedio

28,44

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo Sen θi

0,17

0,34

Sen θ r

0,10

0,13

nagua

1,70

error n 2, 9, 7, 0 3, 7 8

6 0

5 0

75

0, 7 5

1, 5 0

2, 6 2

1, 4 3

2, 2 5

0,5

1, 3 3

0, 0, 0, 0, 6 7 8 9 4 6 6 3 0,3 0, 0, 0, 0, 5 4 5 6 6 8 5 4 9 1, 1, 1, 1,36 3 34 3 8 5 1,73%

Página 17

0, 9 8 0, 7 2

0,65 0,46 1,56

Figura 14

Esquema experimental Repita los tres últimos procedimientos observando la figura 5 y la tabla 2. Encuentre el ángulo crítico (a partir del cual se produce el fenómeno reflexión total interna, θt =90 ° )

Observación: Considere que naire ≈ 1 , y que la frecuencia no varía al pasar de un medio a otro. El subíndice “lente” en la tabla 2 hace referencia al medio refractante. REFRACCIÓN DE LA LUZ USANDO UNA LENTE (AGUA-AIRE) Cálculo del promedio de los ángulos de refracción θr ( ° )

Promedio θr =

∑ θr

P romedio θr =

4 140,5 4

Promedio θr =35,13 Cálculo del promedio del seno de los ángulos de incidencia

θi ( ° )

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo Promedio sen θi= Promedio sen θi=

Página 18

∑ θi 5 2,4 5

Promedio sen θi=0,48 Cálculo del promedio del seno de los ángulos de refracción

Promedio sen θr= Promedio sen θr=

∑ θr 4 2,2 4

Promedio sen θr=0,55 Cálculo del índice de refracción del agua (nagua )

con

θi=10 °

nagua ( sen θi ) =naire (sen θ r ) nagua ( 0,17 )=1(0,23) nagua =0,74 Cálculo del índice de refracción del agua

(nagua )

con

θi=20 °

(nagua )

con

θi=30 °

(nagua )

con

θi=40 °

nagua ( sen θi ) =naire (sen θ r ) nagua ( 0,34 )=1(0,46) nagua =1,35 Cálculo del índice de refracción del agua

nagua ( sen θi ) =naire (sen θ r ) nagua ( 0,5 )=1(0,65) nagua =1,30 Cálculo del índice de refracción del agua

nagua ( sen θi ) =naire (sen θ r ) nagua ( 0,64 )=1(0,85) nagua =1,33

θr ( ° )

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo Cálculo del índice de refracción del agua con

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θi=50 °

nagua ( sen θi ) =naire (sen θ r ) nagua ( 0,76 )=1(0) nagua =0

Cálculo del promedio del índice de refracción del agua

Promedio nagua = Promedionagua =

∑ nagua

(nagua )

4 4,72 4

Promedio nagua =1,18 Cálculo del error porcentual del índice de refracción del agua

|nteórico −nexperimental|

E=

nteórico

|1,33−1,18|

E=

1,33

(nagua )

x 100

x 100

E =1,12

80 grados TABLA 3: Lente y agua – aire

θi (° ) θr (° ) Sen θi Sen θ r

10

20

30

40

50

Promedio

13,5 0,17 0,23

27,5 0,34 0,46

40,5 0,5 0,65

59 0,64 0,85

−¿

35,13 0,48 0,55

0,76

−¿

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo na gua error n

0,74 4,43

1,35 1,50

1,30 2,25

1,33 0

−¿ −¿

Página 20

1,18 1,12

Lentes delgadas y espejos. Tomas las diferentes lentes que te proporcione el profesor y con ayuda del láser traza 5 rayos como en la figura 7 y halla la distancia focal para cada caso trazando los haces láser transmitidos. Haz lo propio con los espejos y sus haces reflejados.

Figura 16 Diversas configuraciones para las lentes

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

17.Reflexion de laser en los espejos 18.Reflexion de laser en los espejos

19.Reflexion de laser en los espejos

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

20.Reflexion de laser en los espejos

21.Reflexion de laser en los espejos

Página 22

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

22.Reflexion de laser en los espejos

23.Reflexion de laser en los espejos

Página 23

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24.Reflexion de laser en los espejos

25.Reflexion de laser en los espejos curvos

Página 24

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

Página 25

26.Reflexion de laser en los espejos curvos

VII. CUESTIONARIO Con respecto al proceso de reflexión de la luz usando en un espejo plano responde: 7.1) Explique debido a que factores en nuestra experiencia el ángulo de incidencia no es exactamente igual al ángulo de reflexión (tabla 1). Debido a los siguientes factores:

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo -

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No se colocó el espejo correctamente en el centro del papel polar. La luz de la fuente no era lo suficientemente delgada para poder definir exactamente el ángulo de reflexión. Pequeños movimientos del espejo, la fuente y el papel polar. Con respecto al proceso de refracción de la luz usando una lente responde:

7.2) Con los datos de las tablas 2 y 3 construya la gráfica del ángulo de refracción en función del ángulo de incidencia, es decir, θ r=θ r (θ i) . Interprete las gráficas.

Gráfico 1

Gráfico 2

θ r=θ r (θ i)

θ r=θ r (θ i)

7.3) Con los datos de las tablas 2 y 3 grafique ( Sen θ i/Sen θ r ) en función del ángulo de incidencia. Interprete las gráficas.

senθ i /sen θ r

Gráfico 3

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Gráfico 4

senθ i /sen θ r

7.4) Calcule el índice de refracción promedio para el lente y su respectivo error absoluto, para cada una de las tablas 2 y 3. TABLA 2: Aire - lente y agua Cálculo del promedio del índice de refracción del agua

Promedio nagua = Promedio nagua =

∑ nagua

(nagua )

8 12,51 8

Promedio nagua =1,5 6 Cálculo del error porcentual del índice de refracción del agua

|nteórico −nexperimental|

E=

nteórico

|1,33−1,56|

E=

1,33

(nagua )

x 100

x 100

E =1,73 TABLA 3: Lente y agua – aire Cálculo del promedio del índice de refracción del agua

Promedio nagua = Promedionagua =

(nagua )

∑ nagua 4 4,72 4

Promedio nagua =1,1 8 Cálculo del error porcentual del índice de refracción del agua

(nagua )

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Reflexión, refracción de la luz, lentes y espejo

|nteórico −nexperimental|

E=

nteórico

|1,33−1,18|

E=

1,33

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x 100

x 100

E =1,12 7.5) Cite 2 ejemplos de aplicación del fenómeno de reflexión total interna y 1 ejemplo de la aparición del fenómeno en la naturaleza. Ejemplos de aplicación del fenómeno de reflexión total interna: -

-

Una aplicación de este fenómeno es la fibra óptica, una fibra de vidrio, larga y fina. Emite muy delgados “rayos de luz” ya que la luz que ingresa por un extremo de la fibra escapa por el otro y no por sus paredes, debido a que en estas paredes se produce este fenómeno. Otra aplicación se da en las cámaras fotográficas réflex.

Ejemplo de la aparición del fenómeno en la naturaleza: -

Esto lo podemos presenciar mediante los espejismos.

7.6) ¿A qué sustancias usadas o solamente conocidas en su especialidad podría Ud. Determinar su índice de refracción mediante esta experiencia? En primer lugar se podría determinar el índice de refracción del agua, mediante el silicio ya que es uno de los componentes en la creación de las celdas fotovoltaicas. También se puede determinar el índice de refracción mediante la mica, benceno glicerina, diamante, etc. Con respecto al proceso de lentes delgadas y espejos responde: 7.7) Determina teóricamente la distancia focal de cada lente. ¿A qué atribuyes el error? Distancia focal (ver en hojas adjuntas) El error se puede atribuir a la posición de la lente o también a la posición de la fuente, también se puede dar debido a algunos pequeños movimientos de cualquiera de estos. 7.8) En los casos en los cuales se deja un espacio hueco para formar las lentes. ¿Es normal el comportamiento del rayo transmitido? ¿Por qué? No, porque al incidir el rayo primero se encuentra en el medio aire luego pasa al lente y luego sale al medio aire y nuevamente al otro lente, es decir hay una pequeña desviación en el rayo de luz emitida por la fuente.

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7.9) Determina teóricamente la distancia focal de cada espejo. Analiza las fuentes de error de tu experiencia Distancia focal (ver en hojas adjuntas) -

Uno de los errores puede ser por la posición de la lente y de la fuente de luz. Otro error se puede deber a algunos pequeños movimientos de estos elementos.

 Con respecto al proceso de reflexión de la luz por prismas responde:

7.10) ¿A qué se debe este comportamiento de los haces de luz? Se debe a la reflexión total interna que se produce en el interior de los prismas y además también se debe a la composición y las propiedades que posee el prisma. Este comportamiento también se debe a la diferencia entre los índices de refracción del aire y de los prismas.

7.11) ¿Qué aplicación tecnológica pueden tener? Menciona 2. -

En la medicina se da en los rayos X, que sirve para hacerse un examen radiográfico. Otra aplicación importante sería en la astronomía, donde es utilizado para la producción de los telescopios.

VIII. OBSERVACIONES. 





Se observó que en los lentes divergentes es más difícil encontrar el punto donde caen todos los rayos luminosos (foco) comparado con los lentes convergentes. Cuando la luz pasaba de un medio más denso como el agua a un índice de medio más bajo, el rayo reflejado se alejará de la normal, hasta que se pierda y por lo tanto no se pueda ver. Cuando se quiere ver la desviación de la luz cuando pasa por diferentes medios, es necesario que haya oscuridad ya que la intensidad de esta disminuye, generalmente cuando pasa por ejemplo del aire al agua.

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IX.

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CONCLUSIONES. PRIMERA .-Cuando los rayos de luz pasen de un medio de índice bajo a uno más alto, los rayos se acercarán más a recta normal.

SEGUNDA .- Se halló el valor del índice de propagación de la luz en el agua, dándonos un valor experimental promedio de 1,37 que comparándolo con el teórico 1,33 nos dio un error porcentual de 3,00%

TERCERA .- Teóricamente el valor del ángulo de incidencia y el ángulo de refracción debería ser iguales en el espejo plano, pero en este laboratorio se obtuvo un error de: 4,4% esto se puede deber a que no se puso en el lugar correcto el espejo o al momento de tomar medidas se movió el espejo.

CUARTA .- La distancia focal de las diferentes lentes se hayo calculando la longitud desde el eje del espejo y el foco (donde caen todos los haces de luz).

QUINTA .- Se puede determinar el valor del ángulo crítico cuando la luz viaja del agua al aire, es decir el ángulo de incidencia se da en el agua y el de reflexión en el aire, que se le aleja de la normal y nos da un valor de:

θi=50 °

X.

INFOGRAFÍA

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Página 31

gs_rn=27&gs_ri=psyab&pq=proceso+isotermico+formula&cp=12&gs_id=1d&xhr=t&q=eb ullici %C3%B3n+del+agua&bav=on.2,or.r_qf.&biw=1366&bih=624&dpr=1& um=1&ie=UTF-8&hl=es419&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=CuM7UvfYHI_I9gSEp4G ACw# XI.

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