informe 7- fisica iii
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UNIVERSIDAD NACIONAL
FEDERICO VILLARREAL
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y
MATEMATICA
EAP. QUIMICA
ASIGNATURA ASIGNATURA : Laboratorio de Física III
PRACTICA PRACTICA : 7
TITULOTITULO : Ley de Refracción en superficies liquidas
PROFESORAPROFESORA : Delsy Espinoza
NOMBRENOMBRE : Huayta Enriquez, Jackson Alfredo GRUPOGRUPO : Miércoles 9:40-11:20 a m
FECHA DE LA PRÁCTICA:FECHA DE LA PRÁCTICA: 05-10-2011
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME:FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 12-10-2011
EL AGUSTINO-2011
1. INTRODUCCION
Este trabajo se realizó con el fin de profundizar en el conocimiento de lo que nos dice
la ley de Snell acerca de la refracción de la luz cuando pasa de un medio a otro.
En esta práctica realizamos ejercicios basados en como los rayos de el láser se
refractan y reflejan y buscamos el ángulo crítico; que es cuando no se puede ver el
rayo refractado.
Este experimento se hizo básicamente para poder comprobar, observar y
experimentar si la ley de Snell es verdadera y cumple con lo que dice.
Generalmente todos los días estamos viendo los rayos de luz o las ondas luminosas;
como por ejemplo al encender una lámpara o prender la luz o simplemente con los
rayos del sol y estemos viendo el efecto de la ley de Snell.
Lo importante de esta práctica es que ahora podremos conocer y entender los puntos
planteados por la ley de Snell; los tipos de rayos; el incidente, el refractado y el
reflejado; los tipos de ángulos y los índices de refracción que presentan algunos
materiales.
2. OBJETIVOS
Estudiar la ley de refracción.
Determinar el índice de refracción del agua.
Determinar el ángulo crítico del agua.
3. FUNDAMENTO TEORICO
3.1) Ley de Snell
Esta importante ley, llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van
Roijen Snell, afirma que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno
del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del
segundo medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado
y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están
en un mismo plano.
n1 . sen 1n2 . sen 2
1ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficie
2ángulo entre el haz refractado y la normal a la superficie
En general, el índice de refracción de una sustancia transparente más densa es mayor
que el de un material menos denso, es decir, la velocidad de la luz es menor en la
sustancia de mayor densidad. Por tanto, si un rayo incide de forma oblicua sobre un
medio con un índice de refracción mayor, se desviará hacia la normal, mientras que si
incide sobre un medio con un índice de refracción menor, se desviará alejándose de
ella. Los rayos que inciden en la dirección de la normal son reflejados y refractados en
esa misma dirección.
Para un observador situado en un medio menos denso, como el aire, un objeto situado
en un medio más denso parece estar más cerca de la superficie de separación de lo
que está en realidad. Un ejemplo habitual es el de un objeto sumergido, observado
desde encima del agua, como se muestra en la figura 3 (sólo se representan rayos
oblicuos para ilustrar el fenómeno con más claridad). El rayo DB procedente del punto
D del objeto se desvía alejándose de la normal, hacia el punto A. Por ello, el objeto
parece situado en C, donde la línea ABC intersecta una línea perpendicular a la
superficie del agua y que pasa por D.
Como resultado de la refracción, el objeto sumergido parece estar más cerca de la
superficie del agua.
En la figura 4 se muestra la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa varios medios
con superficies de separación paralelas. El índice de refracción del agua es más bajo
que el del vidrio. Como el índice de refracción del primer y el último medio es el
mismo, el rayo emerge en dirección paralela al rayo incidente AB, pero resulta
desplazado.
Rayo refractado que atraviesa tres medios diferentes
3.2) Densidad óptica
La densidad óptica es la absorción de un elemento óptico por unidad de distancia,
para una longitud de onda dada: 1000in hg
Donde:
l = la distancia que la luz viaja por una muestra (el grosor de la muestra),
medido en cm.
Aλ = la absorción a longitud de onda λ
T = la transmitancia por unidad
I0 = Intensidad del rayo de luz incidente
I = intensidad del rayo de luz transmitido
Mientras más alta es la densidad óptica, más corta es la transmitancia.
3.3) Índice de refracciónSe denomina índice de refracción de un medio al cociente entre la velocidad de la luz
en el vacío (c) y la velocidad que tiene en el medio (v).
En la ley de Snell tendremos dos índices de refracción uno para cada uno de los
medios que el frente de onda atraviesa.
Al valor n2-1 se le llama índice de refracción relativo del segundo medio (2), respecto
del primero (1).
Índices de Refracción
(Para = 589 m)
Agua 1,33
Alcohol etílico 1,36
Cuarzo 1,54
Vidrio 1,46 - 1,96
Fluorita 1,43
Etanol 1,36
Sulfuro
de Carbono 1,63
Poliestireno 1,59
Diamante 2,42
Acetona 1,36
3.4) Ángulo crítico
El ángulo crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual
se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la
normal de la separación de los medios. El ángulo crítico viene dado por:
θc =arcsen
Donde n1 y n2 son los índices de refracción de los medios con n2 < n1. Esta ecuación
es una simple aplicación de la ley de Snell donde el ángulo de refracción es 90°.
3.4) Reflexión total interna
Supongamos un frente de onda que atraviesa la
superficie de separación de dos medios diferentes
y por lo tanto con velocidades de propagación
diferentes y de acuerdo a lo visto anteriormente se
cumple que
Esta ecuación tiene respuesta válida si el segundo
miembro
y el valor límite sería 1 por lo que
Esta situación hace que el ángulo
refractado sea de 90º por lo que el frente
de onda sale en dirección de la superficie
de separación de los medios como se
indica en el dibujo de la derecha.
El ángulo de incidencia que provoca que
el ángulo de refracción valga 90º se
llama ángulo límite (crítico para algunos
autores). Una vez superado el ángulo
límite la onda se refleja manteniéndose
en el mismo medio, no atraviesa la
superficie de separación de los medios
que se comporta como una superficie
reflejante.
Reflexión Total
Este fenómeno por el cual la onda no
atraviesa la superficie de separación de los
medios y se refleja en la misma una vez
superado el ángulo límite se le llama
reflexión total y lo observamos en el dibujo
a la izquierda.
Para que se de la situación de reflexión total
debe entonces cumplirse que v2 > v1 como
sería el caso por ejemplo de un onda que
se propaga por el agua (medio 1) y la
superficie de separación la tiene con el aire (medio 2).
Un caso donde se puede dar reflexión total es cuando un rayo de luz se propaga por
un medio (agua o vidrio) y llega a límite de su superficie con el aire, en ese lugar
puede darse reflexión si el ángulo de incidencia supera el ángulo límite.
4. EQUIPOS Y MATERIALES
Fuente de luz con lente convergente
Condensador de doble lente
Aparato para la reflexión y refracción
Base de metal
Fuente de vidrio
Fuente de luz con lente convergente Aparato para la reflexión y refracción
Fuente de vidrio
Base de metal
5. PROCEDIMIENTO
Se instala el equipo experimental
Montaje experimental
Con un lápiz se marca todas las líneas que se observan producidas por la
fuente de luz.
Con una regla se une todas las marcas realizadas.
Luego con un transportador se mide los ángulos de reflexión, refracción y el
ángulo crítico.
6. RESULTADOS
θi θr Senθi Senθr
30 33 0.50 0.54
17 19 0.29 0.32
15 20 0.26 0.34
31 36 0.52 0.58
47 49 0.73 0.75
Utilizando el Método de Mínimos Cuadrados
0.50 0.54 0.27 0.25
0.29 0.32 0.09 0.08
0.26 0.34 0.08 0.07
0.52 0.58 0.30 0.27
0.73 0.75 0.54 0.53
Senθr = Senθi
Determinación del ángulo critico
n1 Senθi =n2 Senθr
1.33 Senθc = 1xSen900
θc =arcsen
θc =48.750
Angulo critico experimental = 46.720
Determinación del porcentaje de error
Para el índice de refracción:
Para el ángulo critico:
7. OBSERVACIONES
La fuente de vidrio y el aparato para la refracción deben estar bien limpios.
Se debe tener mucho cuidado al momento de realizar las marcas producidas
por la fuente de luz, ya que estas deben ser lo mas aproximado posible para
así obtener un menor porcentaje de error.
8. CONCLUSIONES
Se comprobó experimentalmente que cuando el rayo luminoso incide
oblicuamente sobre la superficie, este cambia de dirección cambiando también
de medio.
El ángulo critico experimental es muy aproximado al ángulo critico teórico, lo
cual nos arrojo un porcentaje de error bajo.
El índice de refracción experimental no es muy aproximado al teórico, ya que
su porcentaje de error no fue muy bajo.
9. BIBLIOGRAFÍA
Sears, Zemansky, Young y Freedman. Física universitaria. Volumen I. Edición
11. Pearson, México 2004. 864p.
Sears, Addison Wesley, Física Universitaria, México 1998.
Halliday, Resnik y Krane (1994) Física para estudiantes de Ciencia y
Tecnología - 4ta Edición. -Vol. 1 - México.
D. Halliday, R. Resnick y J. Walker, Física para estudiantes de ciencias e
ingeniería, 4ª ed., traducido de Fundamentals of Physics, John Wiley & Sons,
Inc., New York, 1993.
Hecht Eugene, Óptica, tercera edición- Teoría Electromagnética, fotones y luz.
Pág. 43-51. Propagación de la luz, pág. 87-92.