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REFLEXION Y REFRACCION OBJETIVO El alumno verificara las leyes de Snell utilizando radiación electromagnética visible. INTRODUCCION TEORICA Óptica es la rama de la física que trata los temas acerca de la naturaleza de la luz, sus fuentes, su propagación y los efectos que produce. La mayoría de las aplicaciones se estudian con la óptica geométrica, rama que trata de la propagación de la luz considerándola como rayos y haces, que en los medios homogéneos son líneas rectas. La luz observa principalmente las siguientes propiedades: 1.- Propagación rectilínea en los medios homogéneos 2.-Reflexion y refracción en el límite de separación de dos medios 3.- Interferencia 4.- Difracción 5.- Polarización En esta práctica se trataran los temas referentes a reflexión y refracción La reflexión se observa principalmente en las superficies pulimentadas, aunque esta se produce en todos los cuerpos. El principio de Huygens es un auxiliar valioso para explicar este fenómeno La refracción o desviación de la luz al pasar de un medio a otro depende únicamente de la velocidad de la luz en los medios, esto se puede explicar fácilmente, utilizando la teoría ondulatoria. Partiendo de esta teoría se obtiene la ley de Snell, la que describe el fenómeno de refracción: 𝑉1 𝑠𝑒𝑛𝜃1 𝑛1 = = = 𝑛21 𝑉2 𝑠𝑒𝑛𝜃2 𝑛2

Donde v1 y v2 son las velocidades de la luz en el medio (I) (medio de incidencia) y en el medio de transmisión (2) respectivamente.

CUESTIONARIO 1.- ENUNCIA EL PRINCIPIO DE HUYGENS R= El principio de Huygens permite predecir la posición futura de un frente de onda cuando se conoce su posición anterior. Establece que los frentes de onda están formados por frentes de onda más pequeños, es decir, que cada punto de un frente de ondas primario se comporta como un emisor de ondas secundarias. Estas ondas secundarias son esféricas, tienen la misma frecuencia y se propagan en todas las direcciones con la misma velocidad que la onda primaria en cada punto. La envolvente de todas esas ondas secundarias es el nuevo frente de onda formado. El principio de Huygens explica perfectamente la reflexión y refracción de la luz (también fácilmente explicables por la teoría corpuscular de Newton), así como los fenómenos ondulatorios que presenta, esto es, la difracción y las interferencias. 2.- ENUNCIAR LAS LEYES DE REFLEXION Y REFRACCION R= Para explicar el fenómeno de la reflexión de la luz (Figura 4) es necesario suponer que la dirección de los rayos luminosos cambia en algunas circunstancias. Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera atrás, y no frente a éste. La óptica geométrica explica este familiar fenómeno suponiendo que los rayos luminosos cambian de dirección al llegar al espejo. La forma precisa en que ocurre este cambio se conoce como ley de la reflexión de la luz. Es una ley muy sencilla: los rayos incidente y reflejado hacen ángulos iguales con el espejo; o con la perpendicular al espejo, que es como suelen medirse estos ángulos (Figura 10). Esta ley, por cierto, también se puede deducir aplicando la ley de variación del tamaño aparente con la distancia para explicar los tamaños aparentes de un objeto y de su imagen en un espejo plano. O, dicho de otra forma, si vemos nuestra imagen en un espejo plano del tamaño que la vemos es porque los rayos incidente y reflejado forman ángulos iguales con el espejo.

Figura 10. La ley de la reflexión de la luz: el ángulo de incidencia, i, y el de reflexión, r, de un rayo luminoso sobre una superficie son iguales; esto es i = r. La ley de la refracción de la luz: el seno del ángulo de incidencia, sen i, y el seno del ángulo de refracción, sen r', de un rayo luminoso que atraviesa la superficie de separación de dos medios transparentes están en las 𝑠𝑒𝑛 𝑖 misma proporción para cualquier valor del ángulo i; esto es, 𝑠𝑒𝑛 𝑟 = 𝑛. Si 𝑠𝑒𝑛𝑖

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la luz pasa de aire al agua, 𝑠𝑒𝑛𝑟 = 3 Un cuerpo parcialmente sumergido en agua se ve chueco; como si se doblara al entrar al agua. Este fenómeno se llama refracción. Además del agua se observa en muchos otros medios transparentes, como el vidrio, llamados refringentes 3.- ¿QUE ES LA REFLEXION TOTAL INTERNA? R= La Reflexión interna total es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz atraviesa un medio de índice de refracción n2 menor que el índice de refracción n1 en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción.

Material: Un disco de Hartl Un espejo plano Un prisma recto Un soporte para laser Una fuente de rayo laser Un lente semicircular DESARROLLO EXPERIMENTAL: Monte el dispositivo mostrado en la figura, este se empleara en todos los experimentos. Verifique que el rayo reflejado se refleje directamente en la abertura de la fuente del rayo láser

Experimento 1: “REFLEXION” Alinear el haz del láser de tal manera que este sea perpendicular a la línea de referencia90° -270° del disco de Hartl. Coloque el espejo plano de forma que la superficie de este coincida paralelamente a la línea de referencia. Verifique que el rayo reflejado incida directamente en la abertura de la fuente del láser. Gire manualmente el disco de hartl a diferentes ángulos de acuerdo a la tabla 1 (ver figura 1.2)

Lea el ángulo del rayo reflejado y anótelo en la tabla 1 TABLA 1 𝜃𝑖 𝜃𝑟

0° 0°

10° 10°

20° 22°

30° 34°

40° 45°

50° 53°

60° 63°

70° 73°

80° 82°

DISCUSION: 1.- ¿Son congruentes los datos asentados en la tabla 1 con las leyes de reflexión? R= pues según indica la Ley de reflexión los rayos incidente y reflejado hacen ángulos iguales con el espejo; o con la perpendicular al espejo y en este caso los datos que obtuvimos varían muy poco pero casi se acercan al resultado deseado.

2.- Si existen errores en los datos obtenidos, de qué tipo son y ¿a que los atribuye? R= Existe un margen de error muy pequeño al obtener los datos, supongo que esto se debe a que al realizar el experimento no colocamos bien el espejo, el láser no se apuntó en la dirección correcta o no medimos bien los ángulos.

Experimento 2:”REFRACCION” a) Coloque el lente semicircular sobre el disco de hartl como se muestra en la figura 1.Verifique que la parte recta de la lente coincida con la línea de referencia 90°-270°. En esta posición, el rayo reflejado debe incidir nuevamente en la abertura de la fuente del láser. A continuación gire el disco lentamente a los ángulos indicados en la tabla 2

En esta figura 𝜃1 corresponde al ángulo dela incidencia, 𝜃𝑟 al ángulo de reflexión y 𝜃𝑡 al ángulo de transmisión, 𝑛1 es el índice del medio (1), en nuestro caso el aire y 𝑛2 representa el indicie del medio (2) (vidrio) Observa que en este dispositivo se tienen 2 puntos brillantes debido a la reflexión y refracción Anote los ángulos de los haces reflejados (r) y transmitido (t) en la tabla 2

TABLA 2 𝛉𝐢 𝛉𝐫 𝛉𝐭 𝐬𝐞𝐧𝛉𝐢 𝐒𝐞𝐧𝛉𝐭 𝐧𝟐𝟏

0° 0° 0° 0° 0° 0

10° 10° 18° 0.15° 0.27° 0.55

20° 20° 32° 0.30° 0.48° 0.62

30° 30° 49° 0.45° 0.69° 0.65

40° 40° 80° 0.58° 0.95° 0.61

50° 50° 126° 0.70° 0.96° 0.72

60° 60° 114° 0.80° 0.97° 0.82

70° 70° 110° 0.89° 0.98° 0.90

80° 80° 100° 0.95° 1° 0.95

Discusión 1.- ¿Qué ocurre si el rayo incide a 90°? R= No se refleja el rayo, porque se regresa a la misma dirección en que se apunta 2.- ¿Qué significado físico se asigna a la pendiente de la recta resultante en la segunda grafica? R=Es la velocidad y dirección en que se mueve la luz del rayo láser. 3.- Con los resultados obtenidos para 𝑛21 y aplicando la teoría de errores, obtenga el índice de refracción relativo 𝑛21 y compare con el valor de la pendiente de la recta

b) Coloque el lente semicircular de manera tal, que el rayo incidente, incida en la cara semicircular, partiendo de 0° gire lentamente el disco a diferentes ángulos como se muestra en la figura

Anote las lecturas obtenidas para los ángulos de los rayos reflejado y transmitido y realice los cálculos necesarios para el llenado de la tabla 3. Ponga especial cuidado en los intervalos de 40° a 45° de3 incidencia.

TABLA 3

5° 𝜽𝒊 5° 𝜽𝒓 0° 𝜽𝒕 𝒔𝒆𝒏 𝜽𝒊 0.07 ° 𝒔𝒆𝒏𝜽𝒕 0° 𝒏𝟐𝟏

0

10° 10° 4° 0.15 ° 0.06 ° 2.5

20° 20° 10° 0.30 ° 0.15 ° 2

25° 25° 12° 0.38 ° 0.18 ° 2.11

30° 30° 18° 0.45 ° 0.27 ° 1.66

35° 35° 20° 0.52 ° 0.30 ° 1.73

40° 40° 25° 0.58 ° 0.38 ° 1.52

43° 43° 26° 0.62 ° 0.39 ° 1.58

44° 44° 27° 0.63°

45° 45° 28° 0.64°

50° 50° 30° 0.70°

0.41°

0.42°

0.45°

1.53

1.52

1.55

Discusión: 1.- ¿A qué ángulo ocurrió el fenómeno de reflexión total interna? R= a 20°

2.- ¿Qué similitudes y /o diferencias existen al graficar 𝜃𝑖 vs 𝜃𝑡 en ambos experimentos? R=no existe similitud alguna en ninguna de las 2 graficas

3.- ¿Qué similitudes y/o diferencias existen entre ambas rectas al graficar 𝑠𝑒𝑛𝜃𝑖 vs 𝑠𝑒𝑛𝜃𝑡 en ambos experimentos? R= no existe similitud alguna en ambas graficas

4.- ¿El significado físico de la pendiente es igual o diferente en ambos experimentos? Explique. R=La velocidad y la dirección de la luz

5.-Empleando los resultados para 𝑛21 de la tabla 3 usando la teoría de errores, obtenga el índice de refracción relativo. ¿Qué relación guarda este resultado con el obtenido en el experimento anterior?

Experimento 3: “PRISMA” Coloque el prisma recto sobre el disco de Hartl en las posiciones mostradas en cada una de las siguientes figuras.

Describa la reflexión y refracción con este dispositivo R= en ambas figuras podemos observar como el rayo que incide sobre el medio se propaga en otra dirección

Menciona un aparato óptico para cada posición en el que el prisma recto sea utilizado como elemento R=El espectroscopio

Conclusiones: De acuerdo a los objetivos de esta práctica podemos decir que con el estudio de ondas y óptica en esta práctica no dedicamos a estudiar la reflexión y refracción vimos las propiedades de los rayos sobre distintas superficies y aprendimos a determinar posiciones de objetos reflejados. Utilizamos medios variados para poder analizar lo que ocurría con un rayo al cambiar o pasar de un medio a otro.