Experimento de Óptica: Reflexión y Refracción de la Luz

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OPTICA
1. OBJETIVO
1.1. OBJETIVO GENERAL 
· Comprobar las leyes de la reflexión y refracción de la luz en superficies planas, desde el punto de vista de la óptica geométrica 
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
· Determinar el índice de refracción de un material transparente usando un cuerpo semicilíndrico y prismas. 
· Comprobar el desplazamiento lateral de un rayo que atraviesa una placa. 
2. PROCEDIMIENTO
Reflexión y Refracción
Montar el arreglo de la Figura 4, con el que se estudiará la reflexión y refracción en la cara plana del cuerpo transparente semicilíndrico. La fuente luminosa opera con 12[V] obtenidos de una fuente de tensión continua.
Ajustar la posición del cuerpo transparente, indicada en el círculo medidor, de manera que para 0° de ángulo de incidencia, el rayo refractado no sufra desviación. Llenar la Tabla 1 de la Hoja de Datos variando el ángulo de incidencia
En el arreglo de la Figura 4 colocar el cuerpo transparente en forma diametralmente opuesta a la representa- da. Llenar la Tabla 2 en forma similar a la Tabla 1. En este caso, el medio 1 es el cuerpo transparente y el medio 2, el aire.
Luz a través de una placa
Con la fuente luminosa dirigir un rayo sobre el diámetro 90[ º ]-90[ ° ] del círculo medidor de ángulos.
Luz a través de un prisma
En una hoja de papel blanco trazar una línea recta y, con la fuente luminosa, dirigir un rayo sobre esa línea. Colocar un prisma de 45[ ° ], de manera que el rayo incida sobre el prisma, como se muestra en la Figura 5. 
Girar el prisma de modo que el ángulo de desviación, ψ, sea mínimo y dibujar dos puntos sobre la trayectoria del rayo emergente. 
Trazar una línea recta que pase por estos dos puntos y que corte a la primera línea. Medir el ángulo de desviación mínimo ψmin.
Colocar el cuerpo transparente que se usará a manera de una placa de espesor e, como se aprecia en la Figura 6.
El punto de incidencia es el centro de la cara más grande del cuerpo, que coincide con el centro del círculo medidor y el ángulo de incidencia, θ, puede medirse como se muestra:
3. TRATAMIENTOS DE DATOS
3.1. Reflexión y Refracción
1) En base a las Tablas 1 y 2 de la Hoja de Datos, verificar la igualdad de los ángulos de incidencia y reflexión. Mediante la tabla 1 y 2 de la hoja de datos obtuvimos las siguientes tablas
	
	
	
	0
	0
	10
	10
	20
	20
	30
	30
	40
	40
	50
	50
	60
	60
	70
	70
	
	ϴ1[°]
	ϴ1'[°]
	0
	0
	10
	10
	20
	20
	30
	30
	40
	40
Donde podemos observar que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión
2) En base a la Tabla 1 de la Hoja de Datos, elaborar una tabla . Mediante un análisis de regresión, determinar y dibujar la relación experimental Por comparación con la relación teórica, determinar el índice de refracción del material del cuerpo transparente semicilíndrico. En base a esta tabla se obtuvo la nueva tabla que es la siguiente:
	
	
	0
	0
	0,174
	0,122
	0,342
	0,233
	0,500
	0,342
	0,643
	0,438
	0,766
	0,522
	0,866
	0,600
	0,940
	0,629
Mediante un análisis de regresión lineal se obtuvo la siguiente ecuación reducida
Por comparación de relación teórica tenemos
Ya que el primer medio en este caso es el aire
3) En base a la Tabla 2, elaborar una tabla comparativa de los valores experimentales de y sus correspondientes valores teóricos, dados por la ecuación (2), utilizando el índice de refracción obtenido en el punto anterior.
Bueno, en este caso tenemos que:
Donde n1 de la misma manera que el caso anterior es 1 entonces como se puede observar el valor experimental es prácticamente igual al valor teórico encontrado
	
	
	
	0
	0
	0
	14,500
	0,250
	0,256
	31,500
	0,522
	0,524
	48,000
	0,743
	0,737
	73,000
	0,956
	0,948
4) Comparar el valor experimental del ángulo crítico con el calculado teóricamente, utilizando el índice de refracción obtenido en el punto 2.
El valor teórico encontrado está dado por:
Reemplazando valores tenemos:
El valor encontrado en el laboratorio es:
Donde se puede observar que el valor encontrado en el laboratorio es muy próximo al valor teórico
entonces el porcentaje de diferencia
Donde se puede observar que el valor encontrado en el laboratorio es muy próximo al
valor teórico
3.2. Luz a través de un prisma
1) Calcular el índice de refracción del material del prisma de 45[ º ] con la ecuación (4) y compararlo con el índice de refracción del material del cuerpo transparente semicilíndrico obtenido en el punto 2. (se supone que el material es el mismo).
Con la ecuación 4
Reemplazando valores obtenemos
Por otra parte el valor obtenido en el punto 2 es
2) Repetir el punto anterior para el prisma de 60[ º ].
Con la ecuación 4
Reemplazando valores obtenemos
Por otra parte el valor obtenido en el punto 2 es:
entonces el porcentaje de diferencia
3.3. Luz a través de una placa
1) En base a la Tabla 3 elaborar una tabla calculando con la ecuación (5) usando, para la placa, el índice de refracción del material del cuerpo transparente semicilíndrico obtenido en el punto 2. (se supone que el material es el mismo). Dibujar la curva y, en el mismo gráfico, ubicar los puntos correspondientes a .
Con la ecuación
Determinamos los valores teóricos de obteniendo la siguiente tabla
	
	
	
	0
	0
	0
	10
	0,2
	0,17
	20
	0,4
	0,35
	30
	0,6
	0,56
	40
	0,8
	0,82
	50
	1,2
	1,13
	60
	1,5
	1,51
	70
	2
	1,97
4. Graficas
5. CUESTIONARIO
1) De acuerdo con tablas de índices de refracción, ¿a qué material podría asimilarse el material del cuerpo semicilíndrico usado en el laboratorio?
Rpta: El índice de refracción se acerca mucho al del “VIDRIO FLINT” cuyo índice de refracción es 1.47
2) ¿Qué se puede concluir cuando un rayo luminoso, al pasar de un medio a otro, se acerca a la normal? ¿En qué caso el rayo refractado se alejará de la normal?
Rpta: Cuando un rayo luminoso al pasar de un medio a otro se acerca a la normal se puede concluir que pasa de a un medio con un índice de refracción mucho mayor de acuerdo a la ley se Snell el ángulo de refracción se acercara a cero es decir el rayo refractado se acercará a la normal de acuerdo a cuan pequeño es la relación de índices de refracción; el rayo se alejará de la normal cuando el rayo pase a un medio cuyo índice de refracción es menor del cual proviene
3) Una piscina llena, ¿parece más profunda o menos profunda dé lo que realmente es? Explicar
Rpta: La piscina parece menos profunda ya que los rayos de luz que percibe nuestra vista son refractados al pasar por el agua y como el índice de refracción del agua (4/3) es mayor que el del aire este se aleja de la normal. En la piscina vemos ¾ de la verdadera profundidad, es decir si la piscina tiene un metro de profundidad la vemos como si fuera de 0.75 m de profundidad
4) ¿Qué se puede concluir del hecho de que, por ejemplo, el rayo emergente del prisma se nota coloreado en forma similar a un arco iris? Tomando como referencia la Figura 5, ¿qué se puede concluir del hecho de que el color rojo se encuentre en la parte superior y el color violeta se encuentre en la parte inferior del rayo emergente?
Rpta: Esto es debido al espectro de colores que proviene del rayo al pasar por el prisma este rayo se divide en los siete colores dependiendo depende de la longitud de onda de la luz. La luz violeta, por ejemplo, se desvía más que la luz roja al pasar del aire al vidrio o del vidrio al aire.
5) Considerando las respuestas a las preguntas del punto anterior, ¿Qué se puede decir sobre la validez de los valores de los índices de refracción determinados en este experimento?
Rpta: Así, una mezcla de luces roja y violeta se dispersa al pasar por un prisma en forma de cuña y se divide en dos colores Los distintos colores se diferencian en su frecuencia y longitud de onda Dos rayos de luz con la misma longitud de onda tienen la misma frecuencia y el mismo color. La longitud de onda de la luz violeta varía entre unos 400 y 450 nm, y la de la luz roja entre unos 620 y 760 nm.
6. CONCLUSIONES
Obtuvimos el índice de refracción del cuerpo transparente utilizado en el laboratorio mediante análisis de regresiónde los datos tomados en el laboratorio : n2 = 1,4749. Comprobamos el índice de refracción del cuerpo transparente utilizado en el laboratorio encontrado en el punto anterior invirtiendo los medios por los que pasa el rayo de luz encontrando valores prácticamente iguales. Encontramos el ángulo de reflexión total del prisma utilizado en el laboratorio: θexp = 43º. Comprobamos el índice de refracción del cuerpo transparente utilizado en el laboratorio encontrado, mediante el análisis de regresión ,esta vez analizando el paso de la luz a través de prismas diferentes encontrando valores muy próximos. Analizamos el paso del paso del rayo de luz a través de una placa encontrando la distancia de desplazamiento del rayo de luz a través de la placa. Asimismo se elaboró una tabla θ, xexp, xteo calculando xteo con la ecuación (5).
7. BIBLIOGRAFIA
· SERWAY – JEWETT; “FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA” ; MEXICO 2015 9na. Edición Vol. 2
· FISICA EXPERIMENTAL 9º Edición; Manuel R. Soria R. (Guía de laboratorio de física 200)