LAB_N_4-Leyes_de_reflexión_y_refracción_de_la_luz-FII-Agosto-2018

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Laboratorio de Física II 
 
 
 
LEYES DE REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ 
 
I. LOGRO 
 
 Al finalizar la práctica de laboratorio el estudiante analiza el fenómeno de 
propagación de la luz comprobando las leyes de reflexión y refracción para 
determinar el índice de refracción experimental del acrílico. 
 
 
II. PRINCIPIOS TEÓRICOS 
 
Describimos las direcciones de los rayos incidente, reflejado y refractado 
(trasmitido) en una interfaz lisa entre dos materiales ópticos (a y b) en términos 
de los ángulos que forman con la normal (perpendicular) a la superficie en el 
punto de incidencia; como se ilustra en la figura 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LABORATORIO Nº 4 
Figura 1. Reflexión y refracción de un rayo incidente sobre una interfaz que separa dos 
medios (material a y b). 
𝜃𝑖 
𝜃𝑟 𝜃𝑡 
Los ángulos 𝜃𝑖, 𝜃𝑟 y 𝜃𝑡 se 
miden a partir de la normal 
 
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En general, la rapidez de la luz v en cualquier material es menor que en el vacío. 
De hecho la luz se desplaza a su máxima rapidez c en el vacío. Se define el 
índice de refracción n de un medio como la relación: 
 
 
𝑛 = 
𝑐
𝑣
 (1) 
 
Por esta definición, queda claro que el índice de refracción es un número sin 
dimensiones mayor que la unidad, porque 𝑣 siempre es menor que 𝑐. Además, 𝑛 
es igual a la unidad para el vacío. 
 
Los estudios experimentales de las direcciones de los rayos incidentes, reflejados 
y refractados han llegado a establecer las siguientes leyes: 
 
1. Los rayos incidente, reflejado y refractado, así como la normal a la 
superficie, yacen todos en el mismo plano. El plano de los tres rayos es 
perpendicular al plano de la superficie de frontera entre los dos materiales. 
 
2. El ángulo de reflexión 𝜽𝒓 es igual al ángulo de incidencia 𝜽𝒊 para todas las 
longitudes de onda y para cualquier par de materiales. Es decir: 
 
𝜃𝑟 = 𝜃𝑖 (Ley de reflexión) (2) 
 
3. Para la luz monocromática y para un par dado de materiales, 𝑎 y 𝑏, en lados 
opuestos de la interfaz, la razón de los senos de los ángulos 𝜽𝒊 y 𝜽𝒕, donde 
los dos ángulos están medidos a partir de la normal de la superficie, es 
igual al inverso de la razón de los dos índices de refracción: 
 
𝑠𝑒𝑛 𝜃𝒊
𝑠𝑒𝑛 𝜃𝑡
= 
𝑛𝒕
𝑛𝒊
 (Ley de refracción) (3) 
 
O bien: 
 𝑛𝑖𝑠𝑒𝑛(𝜃𝑖) = 𝑛𝑡𝑠𝑒𝑛(𝜃𝑡) (4) 
 
Este resultado experimental, junto con la observación de los rayos incidente 
y refractado (transmitido), así como la normal, se encuentran en el mismo 
plano se llama ley de refracción o ley de Snell (ecuación. 4). 
 
 
 
 
 
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III. PARTE EXPERIMENTAL 
 
a) Materiales e instrumentos: 
 
 Una (01) caja de rayos láser (Longitud de onda: 650 nm) 
 Una (01) fuente de poder de 6 V 
 Un (01) acrílico semicircular 
 Un (01) goniómetro (hoja impresa) (alcance máx.: 360° / lectura mín: 
0,5°) 
 Un (01) limpiatipo 
 Una (01) regla graduada (alcance máx.: 30 cm ó 100 cm / lectura mín.: 
0,1 cm) 
 
b) Procedimiento: 
 
OBSERVACIÓN: Leer las instrucciones de seguridad indicadas en la 
etiqueta de advertencia del equipo caja de rayos láser (Figura 2). 
 
ADVERTENCIA: Evitar la exposición directa de la radiación láser hacia 
la zona ocular. 
 
1. Conecte la fuente de poder de 6 V a la caja de rayos láser asegurándose 
que esta se encuentre apagada (OFF). 
 
2. Mida una distancia de 23 cm respecto del eje coordenado de 90° 
(perteneciente al goniómetro) ubicando la caja de rayos láser a dicha 
distancia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Asegúrese que el interruptor de la caja de rayos láser se encuentre en la 
opción 1 (Figura 2). Acto seguido, presione el botón de encendido (ON) 
Opción 3 
Opción 5 
Opción 1 Interruptor 
Botón de 
Encendido/apagado 
Figura 2. Caja de rayos láser y su etiqueta de advertencia 
 
 
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y superponga el haz de luz generado al eje de 0° (mover verticalmente la 
caja, conservando los 23 cm de distancia). 
 
4. Utilice limpiatipos para fijar la caja de rayos láser sobre la mesa y 
posteriormente apáguela (OFF). 
 
5. Ubique el acrílico semicircular sobre el goniómetro haciendo coincidir el 
centro de su parte plana con la intersección de los ejes 0°-90°, de tal 
manera que el eje de 0° sea perpendicular a la superficie plana del acrílico 
(Figura 3). 
 
OBSERVACIÓN: Manipule el acrílico tocando lo menos posible su parte 
plana y circular mientras se realiza el procedimiento (5). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Encienda (ON) la caja de rayos láser y verifique que el haz de luz ubicado 
antes y después del acrílico esté superpuesto al eje de 0°; entonces, 
apáguelo (OFF) y usando un lápiz dibuje el contorno de este elemento 
óptico (acrílico semicircular) sobre el goniómetro. 
 
OBSERVACIÓN: Si el haz de luz ubicado después del acrílico se 
encuentra desviado del eje de 0°, realice de nuevo el procedimiento (5) y 
(6). 
 
7. Encienda (ON) la caja de rayos láser y varíe el ángulo de incidencia del 
haz de luz para los valores de la tabla 1 girando el goniómetro y 
verificando a su vez que el haz de luz siempre incida en la intersección de 
Figura 3. Montaje experimental 
23 cm 
 
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los ejes 0°-90° (centro del goniómetro) tal como se muestra en la Figura 
4. 
 
8. Puntee, usando un lápiz, las trayectorias de los haces incidentes, 
reflejados y refractados sobre el goniómetro para los casos del 
procedimiento (7). A continuación, registre los ángulos 𝜽𝒓 y 𝜽𝒕 para cada 
ensayo en la tabla 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBSERVACIÓN: Mantenga fijo el acrílico semicircular en todo 
momento mientras se realizan los procedimientos (6), (7) y (8). 
 
9. Apague (OFF) la caja de rayos láser, desconecte la fuente de poder de 6 V 
y desmonte el arreglo experimental. 
 
c) Actividad: 
 
1. Delinee, utilizando la regla y un lápiz, las trayectorias punteadas de los 
haces incidentes, reflejados y refractados sobre el goniómetro. 
Adicionalmente, indique las direcciones de estos trazos. 
 
2. Utilizando los datos registrados en la tabla 1 y considerando 𝑛𝑎𝑖𝑟𝑒 = 1, 
graficar 𝑠𝑒𝑛(𝜃𝑖) 𝑣𝑠 𝑠𝑒𝑛(𝜃𝑡). Realice un ajuste lineal y compare la 
ecuación obtenida con la ecuación 4; finalmente, registre el índice de 
refracción experimental del acrílico en la tabla 1. 
 
Figura 4. Reflexión y refracción de un rayo láser a 15° de incidencia sobre un 
acrílico semicircular. 
 
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3. Utilizando el valor referencial del índice de refracción del acrílico 
(𝑛𝑎𝑐𝑟í𝑙𝑖𝑐𝑜 = 1,4905), calcule el error relativo porcentual. Registre este 
valor en la tabla 1. 
 
 
IV. RESULTADOS 
 
Resultados obtenidos, regístrelos en la tabla 1. 
 
Tabla 1. Determinación del índice de refracción experimental del acrílico. 
Ensayo 
N° 
𝜽𝒊 𝜽𝒓 𝜽𝒕 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝒊) 𝒔𝒆𝒏(𝜽𝒕) 
1 5° 
2 10° 
3 15° 
4 30° 
5 35° 
 𝒏𝒆𝒙𝒑 𝑬𝒓𝒆𝒍(%) 
 
 
 
V. CUESTIONARIO 
 
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Curso: Cálculo Aplicado a la Física II 
Fecha: Hora: Ambiente: 
LABORATORIO N° 4 : LEYES DE REFLEXIÓNY REFRACCIÓN DE LA LUZ 
Docente: 
 
 
Integrantes: 
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
 
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VI. CONCLUSIONES 
 
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VII. REFERENCIAS 
 
 Serway, R. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Volumen II. 
Séptima Edición. Thomson. 2015 
 
 Sears F., Zemansky M.W., Young H. D., Freedman R.A. Física Universitaria. 
Volumen II. Decimosegunda Edición. Pearson Educación. 2013 
 
Los residuos generados durante la práctica serán segregados y almacenados temporalmente en los tachos. Esta 
acción será ejecutada por todos los usuarios del ambiente de laboratorio.