27/05/11
¿CÓMO SE PUEDE VER CON UN ESPEJO DETRÁS DE UNA ESQUINA? O. Cabrera, N. Causil, P. Doria, D. López, V González Departamento de Ing. mecánica Universidad de Córdoba, Montería
RESUMEN El estudio de la propagación de la luz con la suposición de que esta viaja en línea recta conforme atraviesa un medio uniforme y cambia de dirección cuando se encuentra con una superficie o su cambio de dirección al pasar de un medio a otro que difiere un propiedades o composición. En el siguiente informe mostraremos mediante un experimento sencillo como la luz viaja a travez del espacio y algunos de los fenómenos asociados a su naturaleza.
1. TEORÍA RELACIONADA La óptica (del griego optomai, ver) es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. Estudia la luz, es decir como se comporta la luz ante la materia. Reflexión y refracción. En la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz y la reflexión y refracción. Dos filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica: Empédocles y Euclides. Euclides. Ya en la Edad Moderna René Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de un medio elástico perfecto (el éter ) que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partículas en el medio. La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente experimentalmente en 1621 por Willebrord por Willebrord Snell. Snell. En 1657 Pierre de Fermat anunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción. En la Refracción el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente; el rayo de luz que se desvía al ingresar al segundo medio transparente se denomina rayo refractado; el ángulo en que el rayo incidente, al ingresar al segundo medio, forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de incidencia; el ángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo de refracción. La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado reflexión interna total, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que su velocidad es más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Esta reflexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.
Cuando la luz es reflejada difusa e irregularmente, irregularmente, el proceso se denomina dispersión. dispersión. Gracias a este fenómeno podemos seguir la trayectoria de la luz en ambientes polvorientos o en atmósferas saturadas. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera. atmósfera. El color blanco de las nubes o el de la leche también se debe a la dispersión de la luz por el agua o por el calcio que contienen respectivamente. respectivamente. Interferencia y difracción Robert Boyle y Robert Hooke y a dicha teoría la propuso Isaac Newton, Newton, los demás descubrieron, de forma independiente, el fenómeno de la interferencia conocido como anillos de Newton. Newton . Hooke también observó la presencia de luz en la sombra geométrica, debido a la difracción, fenómeno que ya había sido descubierto por Francesco por Francesco María Grimaldi. Grimaldi. Hooke pensaba que la luz consistía en vibraciones propagadas instantáneamente a gran velocidad y creía que en un medio homogéneo cada vibración generaba una esfera que crece de forma regular. Con estas ideas, Hooke intentó explicar el fenómeno de la refracción e interpretar los colores. Sin embargo, los estudios que aclararon las propiedades de los colores fueron desarrollados por Newton por Newton que descubrió en 1666 que la luz blanca puede dividirse en sus colores componentes mediante un prisma y encontró que cada color puro se caracteriza por una refractabilidad refractabilidad específica. Las dificultades que la teoría ondulatoria se encontraba para explicar la propagación rectilínea de la luz y la polarización la polarización (descubierta por Huygens por Huygens)) llevaron a Newton a inclinarse por la teoría corpuscular , que supone que la luz se propaga desde los cuerpos luminosos en forma de partículas. 2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO Procedimiento Procedimiento 1 Se coloca el disco graduado sobre la hoja de papel, se escribe 0º en la hoja, junto con la línea horizontal y se marca sobre la hoja los otros ángulos, seguidamente se coloca el espejo plano sobre el disco exactamente exactamente sobre la línea horizontal horizontal por otro lado se coloca una rendija en la caja luminosa delante de la lente para así proyectar un haz sobre el espejo, por ultimo hacemos que el haz de luz se dirija sobre el espejo con un ángulo incidente especifico y se anota el ángulo reflejado. Procedimiento Procedimiento 2
Se dobla una hoja de papel por la mitad y se coloca sobre un libro grueso de modo que el doblez coincida con el borde del libro. Luego se hace incidir un haz de luz estrecho oblicuamente sobre el espejo, de modo que el punto de incidencia del espejo este a unos 2 cm delante del doblez de la hoja. Se observa el haz de luz reflejado y se mueve la otra mitad de la hoja de arriba hacia abajo sin que el espejo se mueva, por último se anotan las observaciones.
Figura 1. Montaje realizado en procedimientos 1 y 2. 3. RESULTADOS 1) Angulo de incidencia
Angulo de reflexión
60±1º
60±1º
20±1º
20±1º
45±1º
47±1º
75±1º
76±1º
10±1º
12±1º
30±1º
31±1º
15±1º
17±1º
0 ±1º
0±1º
En el caso de un haz de luz que incide sobre un espejo a 0º, este se refleja de manera perpendicular al plano del espejo, es decir con el mismo sentido pero en dirección opuesta al haz de luz incidente. En este caso se muestra que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. En cuanto a la segunda parte del experimento la posición donde se ve el haz de luz reflejado con mayor claridad y en toda su longitud es cuando el papel esta horizontal ya que cuando se baja la hoja el rayo de luz pierda claridad, mientras que cuando se levanta la hoja el haz pierde longitud. Con respecto al tema de la posición relativa de los haces de luz incidente y reflejado podemos concluir que son iguales con respecto a la normal del plano de incidencia (espejo), por lo tanto la posición relativa de los haces de luz incidente y reflejado son iguales. Si colocamos un espejo que sea perpendicular a la arista de una esquina, los haces de luz incidentes provenientes de algún objeto situado de un lado de la esquina será observado el objeto por alguien del otro lado. Se pueden cometer errores aleatorios debido a la medición por parte de los observadores por falta de agudeza visual o descuido al tomar la medida de los ángulos α y β en el disco óptico. 5. REFERENCIAS FISICA GENERAL, con experimentos sencillos, tercera edición. FISICA PARA CIENCIA E INGENIERÍA, R.Serway, cuarta edición, Mc Graw-Hill. FISICA UNIVERSITARIA, Sears, undécima edición, PEARSON Addison Wesley.
2) visibilidad del haz de luz reflejado. En el papal horizontal: el haz proyectado se observa claramente y este sigue un curso rectilíneo, en la mitad de la hoja levantada el haz se observa como una línea. En la mitad de la hoja bajada no se observa claramente el haz de luz sobre la hoja. 4. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES Vemos que los ángulos de incidencia son muy similares en algunos caso iguales a los ángulos de reflexión, con respecto a una línea normal la cual es perpendicular al espejo, cuando el rayo de luz que viaja en un medio encuentra una frontera homogénea incide con cierto ángulo sobre esta y se refleja el ángulo incidente y reflejado son iguales con respecto a la normal.
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