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Tercer Informe “LUZ, ESPEJOS Y LENTES”
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Descripción: La refracción es un fenómeno que se produce al pasar un haz de luz a través de una superficie que posee propiedades diferentes al medio en que se está propagando la misma, lo cual ocasiona desviaci...
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Laboratorio 11 - Análisis y Desarrollo de Sistemas de Información.
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Ondas y Calor
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 08 REFRACCIÓN DE LA LUZ - LENTES
1. OBJ OBJETIV ETIVO OS 1) 2) 3) 4)
Deducir las leyes de la refracción de la luz. Comprobar experimentalmente la distancia focal de diversas lentes. Determinar el índice de refracción del agua. Determinar el ángulo crítico entre las interfaces agua-aire
2. MATER ATERIA IALE LES S o o o o o o
Set de lentes de acrílico Laser ay !ox "scuadra !lanca Separador de medios #o$as bond egla
3. FUND FUNDAM AMENT ENTO O TEÓR TEÓRIC ICO O Refracción refracció ción n de la luz se produce La refrac produce cuando cuando un rayo de luz %ue via$a en un medio transparente encuentra una frontera %ue lleva a otro medio transparente& parte del rayo ser refle$a y parte entra al segundo medio. "l rayo %ue entra al segundo medio se dice %ue se refracta. refracta. "stos tres rayos se encuentran encuentran en el mismo plano. plano. "l 'az incidente y el refractado cumplen c umplen la siguiente regla %ue es conocida como la Ley de Snell (conocida en )rancia como Ley de Descartes*+ ni Senθ i = nr Senθ r
i
n 1
i
r
n 2
r
Refracción en un medio transparente
Reflexión especular
Figura 3.1. efracción de la luz. Lentes delgadas
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,na lente es un sistema refringente %ue consiste en dos o más superficies de separación& de las cuales una por lo menos es curva. ,na lente simple& consiste de un elemento solamente& lo cual a su vez significa %ue tiene solamente dos superficies de separación refringente. ,na lente compuesta se forma de dos o más lentes simples. ,na lente delgada& compuesta o simple& es a%uella en donde el espesor de los elementos no desempea un papel importante y como tal es despreciable. La figura ilustra la nomenclatura asociada con las lentes esfricas simples.
n
m
S
C
V
2
V
1
R
2
C
P
1
n
l
R
2
s
s
o
1
i
Figura 3.2. Lente esfrica simple
Se puede trazar la trayectoria %ue sigue la luz al pasar a travs de ambas superficies de separación& cuando el espesor (V /V 0* es realmente despreciable y además se trata solamente de rayos paraxiales& se puede demostrar %ue
"n donde& como de costumbre& n lm 1 n l2nm. "sta es la llamada ecuación de las lentes delgadas& %ue se conoce tambin como la fórmula del fabricante de lentes. 3bsrvese %ue si s4 1 ꝏ& /2f i se igual a la cantidad en el segundo miembro y lo mismo es cierto para /2f 4 cuando si 1 ꝏ. "n otras palabras& f 4 1 f i 1 f& donde
"ntonces la ecuación de las lentes puede replantearse en la forma %ue se conoce como fórmula de las lentes de Gauss
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,na onda esfrica %ue sale del punto S como lo muestra la figura 5.5 incide sobre una lente positiva& esto& es una %ue es mas gruesa en su centro %ue en sus bordes. La zona central del frente de onda es reba$ada mas %ue sus regiones exteriores y el frente en si mismo %ueda invertido& convergiendo de a%uí en adelante 'acia el punto 6. "n forma más %ue razonable& un elemento de esta clase se llama lente convergente y la luz se dobla 'acia el e$e central debido a sta. Como se muestra en la figura 5.5& la descripción anterior supone %ue el índice del medio& nm es menor %ue n l. Sin embargo& si n m 7 nl una lente convergente seria mas delgada en su centro. #ablando en trminos generales (n m 8 nl*& una lente %ue es más delgada en su centro se conoce por diversas denominaciones+ lente negativa& cóncava o divergente. La luz %ue pasa a travs de la lente tiende a doblarse 'acia fuera del e$e central& por lo menos mas de lo %ue estaba cuando entraba CONVERGENTE
DIVERGENTE
F 0
F 0
F i
F i
F
F
i
i
Figura 3.3. Lentes convergentes y divergentes.
4. PROCEDIMIENTO R!"#$$%&' ( )# )*+ *,#'(- *'# )'. 9 :note la longitud de onda del láser. 9 Colo%ue el lente en el papel polar alinee la superficie plana con la línea correspondiente a 4;& 'aga coincidir el centro de esta cara plana con el origen del papel polar. 9 :linee el puntero láser a lo largo deuna de las líneas (tal como se indica en la figura <.0* para uno de los ángulos sugeridos en la tabla <.0& active el puntero y dirí$alo 'acia el origen. r
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i
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Figura .2. "s%uema experimental.
9 Se puede observar la traza del 'az de luz refractado en el papel dando una ligera inclinación al láser& observe y mida el ángulo %ue forma el 'az refractado y anótelo en la tabla <.0. 9 epita los dos =ltimos procedimientos para todos los ángulos indicados en la tabla <.0. Ta!la .2. efracción de la luz (:ire > :gua*
θi (º) θr (º) S$n θi S$n θr na%&a ' $rror n
10
20
30
40
0
!0
i
r
Figura .3. "s%uema experimental.
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"0
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9 epita los tres =ltimos procedimientos observando la figura <.0 y complete la tabla <.0. "ncuentre el ángulo crítico (a partir del cual se produce el fenómeno reflexión total interna& ?;1 @4 * Observación+ Considere %ue n aire /& y %ue la frecuencia no varía al pasar de un
medio a otro. "l subíndice AlenteB en la tabla <.0./ 'ace referencia al medio refractante.
θi (º) θr (º) S$n θi S$n θr na%&a ' $rror n
Ta!la .3. efracción de la luz (Lente > aire* 10 20 30 40 0
Pro#$dio
Lentes delgadas y espejos.
9 omas las diferentes lentes %ue te proporcione el profesor y con ayuda del láser traza rayos como en la figura <.< y 'alla la distancia focal para cada caso trazando los 'aces láser transmitidos. 9 #az lo propio con los espe$os y sus 'aces refle$ados.
Figura . Diversas configuraciones para las lentes
/. CUESTIONARIO
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/.1 C"n res#ect" al #r"ces" de refracción de la lu$ usand" una lente res#"nde .1.1 Con los datos de las tablas <.0 y <.5 construya la gráfica del ángulo de refracción en función del ángulo de incidencia& es decir& ?r 1 ?r (?i*. Enterprete las gráficas. .1.2 Con los datos de las tablas <.0 y <.5 grafi%ue (Sen ? i 2Sen ?r* en función del ángulo de incidencia. Enterprete las gráficas. .1.3 Cal&l$ el índice de refracción promedio para el agua y su respectivo error absoluto& para cada una de las tablas <.0 y <.5. .1.4 Ci*$ 0 e$emplos de aplicación del fenómeno de reflexión total interna y / e$emplo de la aparición del fenómeno en la naturaleza. .1. F: +&, sustancias usadas o solamente conocidas en su especialidad podría ,d. Determinar su índice de refracción mediante esta experienciaG
/.2 C"n res#ect" al #r"ces" de lentes delgadas % es#e&"s res#"nde' .2.1 Determina todas las formas de formación de imágenes en las lentes biconvexa y bicóncava. (use diagramas* .2.2 "n los casos en los cuales se de$a un espacio 'ueco par formar las lentes. F"s normal el comportamiento del rayo transmitidoG F6or %uG .2.3 Describa la utilización de las lentes en los instrumentos (microscopio y telescopio*. Descripción matemática
