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Ciencias Básicas y Aplicadas
DISEÑO DE SOFTWARE E INTEGRACION DE SISTEMAS Ciencias Básicas y Aplicadas Tema: Tema:
INFORME TECNICO DE LA PRACTICA DE LABORATORIO N°08 Integrantes: Jean Pierre Pierre Delgado Miranda Mirand a Miranda Edgardo Muñoz Mamani Gustao Adol!o Torres Diaz
Docente: Juan "oger "oger #ucra #ucra Apaza Are$uipa%Per&
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2018
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 08 REFRACCIÓN DE LA LUZ - LENTES
1. 1) 2) 3) )
OBJETIVOS 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 !ngulo crítico entre las interfaces agua"aire
2. MATERIALES o o o o o o
#et de lentes de acrílico $aser %ay &ox 'scuadra &lanca #eparador de medios (oas bond %egla
. FUNDAMENTO TEÓRICO Refracción
$a refracción de la luz se produce cuando un rayo de luz *ue viaa en un medio transparente encuentra una frontera *ue lleva a otro medio transparente+ parte del rayo ser reflea y parte entra al segundo medio. 'l rayo *ue entra al segundo medio se dice *ue se refracta. 'stos tres rayos se encuentran en el mismo plano. 'l ,az incidente y el refractado cumplen 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.
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Lentes delgadas
0na lente es un sistema refringente *ue consiste en dos o m!s superficies de separación+ de las cuales una por lo menos es curva. 0na lente simple+ consiste de un elemento solamente+ lo cual a su vez significa *ue tiene solamente dos superficies de separación refringente. 0na lente compuesta se forma de dos o m!s lentes simples. 0na 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. $a 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. $ente esfrica simple
#e puede trazar la trayectoria *ue sigue la luz al pasar a travs de ambas superficies de separación+ cuando el espesor -V 1V 2) es realmente despreciable y adem!s se trata solamente de rayos paraxiales+ se puede demostrar *ue
'n donde+ como de costumbre+ n lm n l4nm. 'sta es la llamada ecuación de las lentes delgadas+ *ue se conoce tambin como la fórmula del fabricante de lentes. 5bsrvese *ue si s6 ꝏ+ 14f i se igual a la cantidad en el segundo miembro y lo mismo es cierto para 14f 6 cuando si ꝏ. 'n otras palabras+ f 6 f i 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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0na onda esfrica *ue sale del punto # como lo muestra la figura 3.3 incide sobre una lente positiva+ esto+ es una *ue es mas gruesa en su centro *ue en sus bordes. $a zona central del frente de onda es rebaada mas *ue sus regiones exteriores y el frente en si mismo *ueda invertido+ convergiendo de a*uí en adelante ,acia el punto 7. 'n forma m!s *ue razonable+ un elemento de esta clase se llama lente convergente y la luz se dobla ,acia el ee central debido a sta. Como se muestra en la figura 3.3+ la descripción anterior supone *ue el índice del medio+ nm es menor *ue n l. #in embargo+ si n m 8 nl una lente convergente seria mas delgada en su centro. (ablando en trminos generales -n m 9 nl)+ una lente *ue es m!s delgada en su centro se conoce por diversas denominaciones/ lente negativa+ cóncava o divergente. $a luz *ue pasa a travs de la lente tiende a doblarse ,acia fuera del ee 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. $entes convergentes y divergentes.
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!. PROCEDIMIENTO R"#$%&&'() *" +% +,- ,%)*/ ,)% +")". : ;note la longitud de onda del l!ser. : Colo*ue el lente en el papel polar alinee la superficie plana con la línea correspondiente a 6<+ ,aga coincidir el centro de esta cara plana con el origen del papel polar. : ;linee el puntero l!ser a lo largo de una de las líneas -tal como se indica en la figura .2) para uno de los !ngulos sugeridos en la tabla .2+ active el puntero y diríalo ,acia el origen.
r
i
Figura .2. 's*uema experimental.
: #e puede observar la traza del ,az de luz refractado en el papel dando una ligera inclinación al l!ser+ observe y mida el !ngulo *ue forma el ,az refractado y anótelo en la tabla .2. : %epita los dos =ltimos procedimientos para todos los !ngulos indicados en la tabla .2. Ta!la .2. %efracción de la luz -;ire > ;gua)
θi (! θ& (! Sen θi Sen θ& na)*a + e&&'& n
1" ?
2" 1
6.1?3@ 6.32
3"
4"
#"
21
2?
32
6.A
6.@2B 6.?@@
$"
%"
8"
6
@
6.B@@
6.3?
6.BB
6.121 6.21 6.3AB 6.A 6.A2 6.@2B 6.@? 1.2B 1.13B 1.3A2 1.1A 1.A@ 1.3?3 1.3A2?
P&'edi'
6.?13 1.3@
1.3AA
.@ error
Considerando el índice de refracción del agua como 1.333 seg=n bibliografía se calculó el error porcentual
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Em!genes de la evidenciarían de las medidas al momento de refractar la luz de rayo l!ser para calcular el índice de refracción del agua/
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i
r
Figura .3. 's*uema experimental.
: %epita los tres =ltimos procedimientos observando la figura .2 y complete la tabla .2. 'ncuentre el !ngulo crítico -a partir del cual se produce el fenómeno reflexión total interna+ F< 6 ) Observación/ Considere *ue n aire 1+ y *ue la frecuencia no varía al pasar de un
medio a otro. 'l subíndice GlenteH en la tabla .2.1 ,ace referencia al medio refractante. Fr Fr -F i). Ta!la .3. %efracción de la luz -$ente > aire)
θi (! θ& (! Sen θi Sen θ& na)*a + e&&'& n
1"
2"
3"
4"
#" ,"
13.A
2@
2.A
A
6.1?3@
6.32
6.A
6.@2B
6.?@@
6.233
6.3B
6.@?A@
6.BA?2
1
1.66B3
6.@13
1.613
1.6661
6.?
P&'edi'
6.2
6.?@
Considerando el índice de refracción del aire como 1 seg=n bibliografía se calculó el error porcentual
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Em!genes de la evidenciarían de las medidas al momento de refractar la luz de rayo l!ser para calcular el índice de refracción del aire/
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Lentes delgadas y espejos.
: Iomas las diferentes lentes *ue te proporcione el profesor y con ayuda del l!ser traza A rayos como en la figura . y ,alla la distancia focal para cada caso trazando los ,aces l!ser transmitidos. : (az lo propio con los espeos y sus ,aces refleados.
,"
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Figura . Diversas configuraciones para las lentes
Em!genes de la evidenciarían de las diversas configuraciones para las lentes al refractar la luz de rayo l!ser/
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1. CUESTIONARIO 1. C"n res#ect" al #r"ces" de refracción de la lu$ usand" una lente res#"nde3 A.1.1
C'n los datos de las tablas .2 y .3 construya la gr!fica del !ngulo de refracción en función del !ngulo de incidencia+ es decir+ Fr Fr -Fi). Enterprete las gr!ficas.
A.1.2
C'n los datos de las tablas .2 y .3 grafi*ue -#en F i 4#en Fr) en función del !ngulo de incidencia. Enterprete las gr!ficas.
,4
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Calc*le el índice de refracción promedio para el agua y su respectivo error absoluto+ para cada una de las tablas .2 y .3. #e calculó anteriormente obteniendo un n promedio del agua de 1.3AA y del aire de 6.2+ obteniendo un error porcentual de .@ para el índice de refracción del agua y un 6.?@ de error para el índice de refracción de l aire
A.1.
Ci-e 2 eemplos de aplicación del fenómeno de reflexión total interna y 1 eemplo de la aparición del fenómeno en la naturaleza.
Refle%ión t"tal interna& 1. 0n c,orro de agua puede contener y guiar un ,az de luz
2.
#e utiliza en fibra óptica para conducir la luz a travs de la fibra sin prdidas de energía. 'n una fibra óptica el material interno tiene un índice de refracción m!s grande *ue el material *ue lo rodea.
Refle%ión en la naturale$a Cuando un rayo va de un medio con índice de refracción mayor a otro con índice de refracción menor se puede producir la reflexión total interna.
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A.1.A J; */ sustancias usadas o solamente conocidas en su especialidad podría 0d. Determinar su índice de refracción mediante esta experienciaK "'n ninguna ya *ue en mi especialidad no se emplea ning=n tipo de sustancia.
1.2 C"n res#ect" al #r"ces" de lentes delgadas ' es#e("s res#"nde& A.2.1 Determina todas las formas de formación de im!genes en las lentes biconvexa y bicóncava. -use diagramas) 'xisten dos tipos de lentes *ue se diferencian por su forma y por como reflean la luz. $os tipos de lentes son los siguientes/ $entes convergentes -fL86)/ este tipo de lentes se caracteriza por*ue la parte central tiene mayor espesor *ue los bordes. $as lentes convergentes son m!s gruesas por el centro *ue por el borde+ y concentran -,acen converger) en un punto los rayos de luz *ue las atraviesan. ; este punto se le llama foco -) y la separación entre l y la lente se conoce como distancia focal -f) $entes divergentes -fL96)/ se caracterizan por*ue la parte central es m!s angosta *ue la parte de los bordes 'n los lentes divergentes se refracta desde el plano focal -en el caso de las lentes convergentes lo ,ace ,acia el plano focal). 7ara poder separar los rayos *ue llegan a ellas+ las lentes divergentes son m!s gruesas en los bordes *ue en el centro+ esto significa *ue son cóncavas. )ic"n*e%"
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)icónca*"
A.2.2 'n los casos en los cuales se dea un espacio ,ueco para formar las lentes. J's normal el comportamiento del rayo transmitidoK J7or *uK MoN ya *ue si esto sucede el rayo saldría en formación de una luz refractada aberranteN por *u pasaría de lente"aire"lente y esto modificaría la refracción. A.2.3 Describa la utilización de las lentes en los instrumentos -microscopio y telescopio). Descripción matem!tica
a! El -elesc'pi'. En el -elesc'pi' el '0e-i' es *na len-e c'ne&)en-e de dis-ancia 'cal *y )&ande a eces de a&i's e-&'s. C'' el '0e-' AB es *y dis-an-e s* ia)en a505 p&'d*cida p'& el '0e-i' es-á en s* 'c' F". S6l' se necesi-an l's &ay's cen-&ales pa&a c'n'ce& la p'sici6n de la ia)en. 0! El ic&'sc'pi'7 Un ic&'sc'pi' es *n sis-ea de len-es *e p&'d*ce *na ia)en i&-*al a*en-ada de *n pe*e' '0e-'. El ic&'sc'pi' ás siple es *na len-e c'ne&)en-e la l*pa. El '0e-' se c'l'ca en-&e la len-e y el 'c' de 'd' *e la ia)en es i&-*al y es-á a *na dis-ancia *e es la dis-ancia 9nia de isi6n n9-ida al&eded'& de 2# c. EMC$0D'7ECI0%' O,ttp/44acacia.pntic.mec.es4ruiz2?4images4lupapeg.pgO PQ
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R'%S'5%R;IEM'I
4. A5+'&%&'() % +% "5"&'%+'*%*. Se p&esen-a&án *n 9ni' de 2 aplicaci'nes del -ea del la0'&a-'&i' &ee&id' a s* especialidad. :En la a0&icaci6n y p&')&aaci6n de sis-eas de se)*&idad (sens'&es '-'el/c-&ic's! ya *e es-'s de0en se& capaces de de-ec-a& al)*na in-e&e&encia. :El *s' en la i0&a 6p-ica ya *e se *sa es-' ;a0i-*alen-e en &edes de da-'s< pa&a pasa& in'&aci6n y -a0i/n pa&a *n e'& *nci'naien-' del s'-=a&e ' sis-ea. 6. OBSERVACIONES :Se p*d' '0se&a& *e lle)ad' al p*n-' de ,"> se 'casi'na el en6en' den'inad' &e&acci6n -'-al in-e&na. :Se '0se&6 *e c*and' pasa la l*? de ai&e:a)*a es die&en-e a *e pase a)*a: ai&e ya *e es die&en-e s* 9ndice de &e&acci6n. :Pa&a calc*la& l's 9ndices de &e&acci6n se eec*-a0a de '&a die&en-e el p&'ces' dependiend' de */ edi' es el inicialen-e d'nde pasa el &ay' láse&. 8. CONCLUSIONES :Se ded*' las leyes de la &e&acci6n de la l*? y c6' *nci'nan a -&a/s de l's espe's :Se c'p&'06 e@pe&ien-alen-e la dis-ancia 'cal de die&sas len-es. :Se de-e&in6 el 9ndice de &e&acci6n del a)*a y del ai&e ya *e es-'s d's -ienen s'n die&en-es siend' as9 ay'& la del a)*a. :Se de-e&in6 el án)*l' c&9-ic' en-&e a)*a y ai&e ya *e en *n 'en-' dad' desapa&ec9a la l*? &e&ac-ada< es-' 'c*&&9a ya *e se lle)a0a a*n án)*l' de ,">. 7. BIBLIOGRAFIA "9:) #/$;%/ *" +% APA< 1. Ray'nd Se&=ay e=e-- (2""3!. P;ysics '& scien-is-s and en)inee&s ($-; ed.!. 2. '*n) D*); . y R')e& A. F&eedan. F9sica *nie&si-a&ia 'l*en 1. eci'se)*nda edici6n. PEARSG EUCACHIG J/@ic' 2"",. ,8
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3. Ki0&' de -e@-'7 F9sica C'ncep-'s y aplicaci'nes. Pa*l E. Tippens. Edi-'&ial JcL&a=:Dill $-a edici6n 2""1. 4. F9sica 1 Pa*l M Ni-?e=i-? R'0e&- F.Ge edi-'&ial JcL&a=:Dill se)*nda edici6n.
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