Refracción y reflexión de la luz Laboratorio de Física II
Integrantes:
1 2 # !
NOMBRE Julian Osorio Salebe Sebastian Ramire Cami Camilo lo Guti Gutier erre re
CODIGO 91526175 1!161""27 1"16 1"161" 1""1 "1$ $
Grupo: E Docente: Eduardo Martinez Iglesias
!I"ER#ID$D $%&!&M$ DEL '$RI(E F$'L%$D F$'L%$D DE I!GE!IERI$ I!GE!IERI $ DE)$R%$ME!%& DE 'IE!'I$# ($#I'$# L$(&R$%&RI& DE FI#I'$ II ($RR$!*ILL$ +,-./,0/+1 1
2ndice Introducción3341 Marco %eórico3345 &b6eti7os3340 Descripción de la experiencia338 Materiales33. %abla de resultados339/ ';lculos33-,/-+ Modelos
2
-4 Introducción En la experi experienc encia ia número número diez diez del laborat laboratori orio o de física física II, realiz realizamo amos s el contenido correspondiente correspondiente a la refracción y reexión de la luz, primero decimos que la luz se propaga propaga en el acío a una elocidad elocidad de 2!!"#!2"$% 2!!"#!2"$%& & metros metros por segundo y esta elocidad no es superada por ningún otro moimiento existente conocido" 'e la prop propag agac ació ión n de la luz luz y su encu encuen entr tro o con con cu cual alqu quie ierr ob(e ob(eto to qu que e se inte interp rpon onga ga en su cami camino no surg surgen en las las somb sombra ras, s, el estu estudi dio o de la ópti óptica ca geom)trica se dedica a las proyecciones de sombras de la luz, que no siempre son en líne línea a recta, recta, donde donde exis existe te un fenóme fenómeno no llamad llamado o difrac difracció ción n y es el respo espons nsab ablle de que al mira mirarr por un agu(er u(ero o pequ que* e*o o, eamo eamos s todo todo distor distorsio sionad nado" o" +a constr construcc ucción ión de telesc telescop opios ios y micro microsco scopio pios s se basan basan en estas propiedades de la luz para conseguir un mximo de aumento en la isión"
En la prop propag agac ació ión n de la luz luz exist xiste e la reex eexió ión n y refra efracc cció ión, n, esto estos s son son fenómenos ópticos de gran importancia, est -ace posible el que podamos obser obserar ar o percib percibir ir muc muc-os -os de los ob(eto ob(etos s que se encuen encuentra tra alrede alrededor dor de nosotros" +a reexión es aquella donde un -az luminoso que se propaga en el aire e incide en la super.cie lisa de una placa de idrio" 'ecimos que la porción del -az que sigue a tra)s del aire en otra dirección experimenta una reexión, reexión, el -az luminoso que se dirige -acia la super.cie de este recibe el nombre de -az incidente y el que se ale(a de la super.cie es el -az ree(ado" ree(ado" / cambio la refracción ocurre ocurre cuando la luz se dobla al pasar de una sustancia transparente a otra, al igual que otras ondas como el agua y el sonido" 0in ella no podríamos er, debido a que causa el enfoque de la luz en nuestra retina"
omo obseramos estos fenómenos generados por la propagación de la luz, se presentan en muc-as situaciones de la ida cotidiana" En esta experiencia los analizaremos a partir de la obseración de diferentes situaciones" situaciones"
+4 Marco %eórico •
3eexión de la luz
+a reexión de la luz se representa por medio de dos rayos4 el que llega a una super.cie, rayo incidente, y el que sale rebotado despu)s de ree(arse, rayo ree(ado" 0i se traza una línea recta perpendicular a la super.cie 5que se denomina normal6 normal6 el rayo incidente forma forma un ngulo con dic-a recta, recta, que se llama ngulo de incidencia" El rayo ree(ado tambi)n forma con la normal un ngulo, ngulo, que que se llama llama ngulo ngulo de de reexió reexión" n" onceptua onceptualment lmente e consiste consiste en el cambio de dirección o rebote que experimenta un rayo de luz cuando incide sobre una super.cie" /ntes y despu)s de incidir el rayo de luz debe estar en el mismo medio" •
3eexión especular
0e generan imgenes de un ob(eto al ree(arse la luz proeniente proeniente del ob(eto en una super.cie pulida" +a luz ree(ada en la citada super.cie conerger en algún punto del espacio donde se formar la imagen del citado ob(eto, de acuerdo con las leyes de reexión" Estas imgenes pueden ser irtuales o imaginarias" •
3eexión difusa
onsiste en la reexión en una super.cie rugosa se le llama reexión difu difusa sa"" En este este últi último mo caso caso,, los los rayo rayos s proc proced eden ente tes s de un pu punt nto o se ree(an en direcciones aleatorias y no conergen en ningún punto, por lo que no se genera ninguna imagen especular •
+ey de la reexión
7n rayo incidente sobre una super.cie reectante, ser ree(ado con un ngu ngulo lo igua iguall al ngu ngulo lo de incid inciden encia cia"" /mbos /mbos ngu ngulos los se miden miden con con respecto a la normal a la super.cie" Esta ley de la reexión se puede deriar del principio de 8ermat" •
3efracción de la luz
Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar por un medio material a otro, se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, es decir cuando se produce un cambio en la dirección debido a la distinta elocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales" •
+ey de 0nell
+a ley de 0nell es muy utilizada en muc-os casos" +a misma a.rma que el producto del índice de refracción por el seno del ngulo de incidencia $
es constante para cualquier rayo de luz incidiendo incidiendo sobre la super.cie de dos medios n 1 senθ 1= n 2 senθ 2
14 &b6eti7os
#%1& Ob'eti(o )eneral •
9bserar y analizar los los fenómenos de reexión reexión y refracción refracción de la luz, basndonos en las diferentes leyes que se aplican"
Ob'eti(os es*e+,-+os
•
•
•
• •
9bserar cómo se incide y se ree(a el -az de luz en los diferentes tipos de espe(os 5cóncao, conexo y plano6 teniendo en cuenta su dirección" 'eterminar si el ngulo del rayo incidente es el mismo del rayo ree(ado 5ley de la reexión6 Establecer la relación existente entre la dirección del -az de luz incidente y la dirección del -az de luz refractado en un medio aire: idrio y aire: agua alcular el índice de refracción del idrio ro;n y del agua" ompar omparar ar los datos datos obtenido obtenidos s en la experienci experiencia a con los datos datos teóricos"
%
54 Descripción de la experiencia
+a experiencia se diidió en dos partes, la primera consistía sobre el fenómeno de reexión de la luz, aquí debíamos colocar un disco óptico con el cual mediremos los ngulos, luego colocamos en la mitad del disco teniendo en cuenta la normal el espe(o en estudio, primero lo -icimo -icimos s con con el cóncao cóncao al ya tener situado situado corre correcta ctame mente nte nu nuest estrro espe(o colocamos nuestra ca(a luminosa a la cual le pondremos una re(illa de tres caidades para apreciar el comportamiento comportamiento del -az de luz" /-ora escogeremos una serie de ngulos, donde ubicaremos la lmpara de -alógeno -aciendo que el -az de luz se encuentre con la parte del espe( spe(o o que querem eremo os estu studiar iar, este ste mism ismo procedi cedim mien iento lo realzaremos con el espe(o conexo y plano teniendo los mismos ngulos escog escogido idos s anteri anterior orme mente nte"" /ntes /ntes de pasar pasar a la segun segunda da parte parte de la experiencia debíamos colocar el espe(o plano en una -o(a de papel en el borde de la mesa, debíamos ree(ar un -az de luz a la esquina del espe(o teniendo la -o(a aba(o y leantada, y obserar lo sucedido"
=
04 Materiales
• • • • • • • • •
'isco óptico a(a luminosa 'iafragma, > rendi(as Espe(o cóncao Espe(o conexo Espe(o plano 8uente de alimentación 3ecipiente de idrio ro;n ?o(a de papel
#
84 %abla de resultados Reflexión de la luz /ngu /ngulo lo de inci incide denc ncia ia =@A 2@A $%A
/ngu /ngulo lo de ree reexi xión ón =@A 2@A $%A
#%A @A 1%A 1@A @A
#%A @A 1%A 1@A @A
En la ante anteri rior or tabl tabla a de resu result ltad ados os se pu pued ede e obse obsera rarr qu que, e, los los ngu ngulo los s incidentes y el ree(ado son iguales, es decir que cuando una luz se ree(a en un espe(o plano la luz que se proyecta lo -ace con el mismo ngulo de partida con respecto a una normal
Re.ra++i/n 0e la lu
/ngulo de incidencia =@A 2@A $%A #%A @A 1%A 1@A @A
/ngulo de reexión %A 1%A @A $@A 2@A 1@A %A @A
&
En las refracción, ocurre ocurre todo lo contrario con respecto respecto a la tabla de resultados resultados anterior 5índice de reexión6" En esta se puede obserar que el ngulo de reexión aria y a su ez, disminuye"
•
i0rio
3)ra0 os&
4 3)ra0 os&
=@A
%A
Seno Seno N1 B n0i+ e1 √ 3 / 2
@,%#
1
N2 n0i+ e2
elo+i 0a0 1
1,%@
x
elo+i0a 02
200000000 1,1
B
8
10
√ 2 / 2
$%A
@A
#%A
$%A
@,!=
1%A
1@A
@,2%
•
•
1C 2
1
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3 x 10
√ 2 / 2
1
1,$=
3 x 10
1
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3 x 10
@,1#
E Error
212#=%!% #,$ 2@%$#!$% 2,1 2@1$22& 1,!
#,2B
elo+i0a0 2
E Error
8
8
8
,!B 1,!B
ire )ua 3)ra0 os&
4 3)ra0 os&
Sen o
Sen o B
N1
N2
elo+i0 a0 1
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>
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1
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x
=@A
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1
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1
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1
1, $ 1,$ 1 1,2 $
220588235,
8
10
8
3 x 10
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8
212765957,
3 x 10
8
3 x 10
2$1!%$& ,!
2,@2 B @,%2 B %,## B #B
ire 8 Jab/n elo+i0 a0 1
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E Error
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21!=1%2 $2 222==&1 =@ 21212@ $ 2$@!!2# 2=
2,=@ B 2,%@ B 2,!@ B 1,!@ B
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Sen o
Sen o B
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#%A
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√2/2
1
=@A
$@A
DC2
@,=$
$%A
@A
D2C2
1%A
12A
√4/4
N2
!
'e acuerdo a la segunda parte de la la experiencia se realizó la anterior anterior tabla de resultados en donde nueamente nueamente se escogieron $ ngulos y por medio de sus resul resultad tados os se calcu calculó ló el índice índice de refra refracci cción ón del agua agua y con ella ella eloc elocida idad d angular 5cuando el rayo de luz atraiesa el agua6 y porcenta(e porcenta(e de error
7% Cl+ulos INDI INDICE CE DE RE:R RE:RC CCI CION ON EN E; G< 16 F1 F1se senG nG H F2s F2sen enG G 0en#%AH n2sen$%A 0 , 96 sen 45 °
=n 2 sen 45 °
n 2=1 , 36
6 0en$%A H n2sen@A
√ 2 / 2 sen 30 °
N2=1>!1
$6 0en1%A H n2sen12A 0,25
26 0en=@A H n2sen$@A
√ 3 / 2 sen 40 °
=n 2
=n 2
sen 12 °
=n 2
N2= 1>2!
1@
F2H1,$
<93EF/JE 'E E3393 1 , 3330−1 , 36 1 , 3330 1 , 3330−1 , 34 1 , 3330 1 , 3330−1 , 41 1 , 3330 1 , 3330−1 , 24 1 , 3330
x 100=2 , 02
x 100= 0 , 52
x 100=5 , 77
x 100=7
KE+9I'/' 'E +/ +7L c
FH
8
3 x 10 m
v
3) 1,41=
v
8
1,= H
s
3 x 10 m / s v
8
3 x 10 m
V=
8
3 x 10 m
1,41
s
KH
s
=212765957,4
=220588235 , 3
1 , 36
8
3 x 10 m
4) 1,24=
8
3 x 10 m
v
s
1,$H
s
v 8
KH
3 x 10 m / s 1 , 34
H 22&&@%!#
11
IF'IE 'E 3E83/I9F EF E+ KI'3I9 39MF
F1sen=@AH n2%senA
√ 3 / 2 sen 35 °
3. N1se N1sen3 n30° 0°= = n2se n2sen2 n20° 0° 1/ 2
=n 2
H1,%@
F1sen$%AH n2sen@A
√ 2 / 2 =n 2 2=1 , 41 √ √ 3 / 2
0,34
=n 2
=->58
4. N1se N1sen1 n15° 5°= = n2se n2sen1 n10° 0° 027 0,17
=n 2
=->5
KE+9I'/' 'E +/ +7L c
FH
v 8
3 x 10 m s
1,%@H
v 8
3 x 10 m s
KH
=200000000
1 , 34
8
1,$1H
3 x 10 m s v 8
3 x 10 m
KH
s
=212765957 , 4
1 , 41
8
3 x 10 m
1,$=H
s v
12
8
3 x 10 m s
KH
=205479452 , 1
1 , 46
8
3 x 10 m s
1,$!H
v 8
3 x 10 m s
KH
1 , 42
=201342281 , 9
<93EF/JE 'E E3393
1.
1 , 52−1 , 50
2.
3.
4.
1 , 52
1 , 52−1 , 41 1 , 52
x 100=1 , 3
x 100=7 , 2
1 , 52 −1 , 46 1 , 52
1,52 −1,49 1,52
x 100 =3 , 9
x 100 =1,9
1
94 Modelos
n = +?( 'onde4
C= la elocidad de luz en el acío = elocidad de la luz en el medio cuyo índice se calcula N= es la letra que representa el índice de refracción en el medio 8ormula de la ley de reexión
i=r 'onde4
I= ngulo de incidencia r= ngulo de reexión 8ormula de la ley de refracción o ley de 0nell
N1 sin@1 = N2 sin@2
N1 H índice de refracción en el medio procedente N2= índice de refracción en el medio refractante sin@1= ngulo de incidencia sin@2= ngulo de refracción
1$
4 &bser7aciones
RE:;EAION DE ; ;< En esta prctica prctica se obseró primero primero que en la reexión reexión generada generada en los tres espe(os espe(os fue diferente diferente en cada caso, caso, primero en el cóncao cóncao se pudo obserar obserar que se ree(aron tres -aces de luces los cuales se unían en un foco que se podía er a simple ista, a cambio en el conexo se obseró todo lo contrario ya que los rayos ree(ado iban en diferentes direcciones, por ultimo tenemos el espe(o plano donde estoar yos que se ree(aron tiene una dirección paralela" on esto apreciamos la importancia que tiene la forma de los espe(os a la -ora de ree(ar cualquier rayo de luz" /l obserar el comportamiento del rayo de luz en la -o(a de papel, pudimos comprobar una de las leyes de la reexión, ya que qu e al tene tenerr la -o(a -o(a aba( aba(o o no se pu pudo do er er el rayo rayo ree reect ctor or sola solame ment nte e el incidente en el espe(o pero al alzar la -o(a de papel apreciamos los dos rayos el incidente y el ree(ado, esto porque en ese momento se encontraban en el mismo medio y en el mismo plano"
RE:RCCION DE ; ;< En esta parte de la experiencia obseramos el efecto contrario a reexión, ya que al ree(ar el -az de luz en el idrio ro;n, en el agua o (abón no se ree(aba totalmente si no que parte de ese rayo de luz atraesaba y nos mostraba el ngulo" En los resultados de las tablas se obsera que a medida que disminuíamos el ngulo, el ngulo refractado tambi)n se disminuía"
1%
-,4 'onclusiones 0e pu pued ede e conc conclu luir ir qu que e pu pudi dimo mos s obse obser rar ar el fenó fenóme meno no de reexi eexión ón y de comprobar las leyes leyes que se aplican, aplican, ya que el rayo ree(ado ree(ado se puede obserar obserar siempre y cuando se encuentre en el mismo medio si cambia el medio como lo -icimos en el caso de la -o(a de papel" ambi)n comprobamos que el ngulo de inci incide denc ncia ia es el mismo mismo qu que e el ngu ngulo lo de ree reexi xión ón,, esto esto porq porque ue la luz luz se desplaza desde un punto a otro siguiendo la trayectoria que le demande menos tiempo, por lo tanto en el caso de la reexión del rayo que debe salir de un punto, incidir en el espe(o y luego llegar a otro punto tomar el camino que -aga que el ngulo de incidencia sea igual al ngulo de reexión" +a última conclusión sobre este fenómeno de propagación de la luz es que el -az de luz se ree(a de distinta manera en los espe(os según la forma de estos, -aciendo que la imagen tambi)n sea diferente por esta razón en los espe(os conexos y planos el foco no se obsera, entonces la imagen es irtual pero en el espe(o cóncao el foco si se obseró entonces la imagen que se forma es real"
1=
--4 Respuestas ?o6a de e7aluación 3E8+ENI9F 'E +/ +7L +7L Ou) relación existe entre el ngulo de la luz incidente y el ngulo de luz ree(ado
3CH la relación que que se encuentra entre el ngulo ngulo del -az de luz incidente incidente y el del -az de luz ree(ado, ree(ado, es que al incidir incidir este -az en cualquier cualquier super.cie forma un ngulo con la normal normal este ngulo es el mismo que forma al ree(arse" ree(arse"
/6 como se ree(a el -az incidente sobre el espe(o en la línea de oAP 3CH como se encuentra en la normal o en el ngulo @A, al ree(arse a a tener la misma trayectoria, es decir en el ngulo @A Q6 uales son los ngulos de incidencia y de reexión para este casoP 3CH para los dos casos seria el ngulo de !@A
En qu) posición del papel se e el -az de luz ree(ado con la mayor claridad en toda su longitudP 3CH cuando el papel est totalmente -orizontal, ya que se encuentra en el mismo medio por esta razón se e ms claramente el -az ree(ado
Oue conclusión puedes sacar de esto, sobre la posición relatia de los -aces de luz incidente y ree(adoP 3CH se puede concluir que al ree(ar un -az de luz es se deoler en el mismo medio, y que lo -ace con el mismo ngulo con el que se incidió cumpliendo cumpliendo una de las leyes de reexión 3E8+ENI9F 0ER7F'/
1#
SOu) es reexión reexión difusaP 3C es la reexión de la luz desde una super.cie, de tal forma que un rayo incidente es ree(ado en muc-os ngulos, en ez de en solamente un ngulo, como en el caso de la reexión especular" SEs alida la ley de la reexión para la reexión difusaP 3C si se cumple cumple la ley de la reexión, reexión, solo que que al ree(arse en una super.cie super.cie rugo rugosa sa los los ngu ngulo los s de ree reexi xión ón no ser sern n orga organi niza zado dos s -aci -acien endo do qu que e se produzcan unos tipos de fotones S
3CH En la reexión la amplitud ni la longitud cambia, ya que la onda pasa por los dos medios, un poco de su energía energía se queda en el último medio por el que paso -aciendo que en ese mismo medio -aya un onda seme(ante, la energía que queda es la que -ace que se cree una nuea onda que se a a propagar en el primer medio por donde paso" S/ qu) se le llama /ngulo críticoP 3C uando una onda pasa de un medio de menor índice a otro de mayor índice de refracción el rayo refractado se acerca a la normal"
3E83/I9F 'E +/ +7L ompra omprare re el ngulo ngulo de inciden incidencia cia alfa alfa con el ngulo ngulo de reexió reexión n beta correspondiente correspondiente SOu) conclusión puedes sacarP 3C el ngulo ngulo del rayo refracta refractado do a a cambiar por la densidad densidad del del medio en donde atraiesa el rayo de luz, por eso el rayo incidente a estar en una posición diferente que el rayo refractado en el medio" Explique si la luz tuiese la misma rapidez en el aire que en el agua S se refractaria al pasar por el agua 3C Esto se puede obserar en el índice de retractación, retractación, ya que que si este es menor esto se entiende que tambi)n es menor que el del aire" Esto se puede aplicar en la ley de 0nell probando diferentes índices El espe(ismo es consecuencia de una refracción o de una reexión 3C este fenómeno del espe(ismo se produce al ree(arse la luz en diferentes capas de aire con distintas densidades y adems nos ayuda a obserar muc-os de los ob(etos
1!
Oue obser obsera ació ción n pu pued edes es -acer -acer con con respe respecto cto al rayo rayo refra refracta ctado do y el ngulo de refracción, cuando el rayo de luz por un medio menos denso o uno ms denso, y iceersa 3C esto depende principalmente de la cantidad de partículas que -aya en el medio, ya que si no -ay muc-a la desiación a a ser muc-o menor si -ay muc-as partículas de ese medio, con respecto al ngulo incidente" Explica el fenómeno del arco iris teniendo en cuenta la refracción 3C este fenómeno se da porque el rayo de luz que entra en una gota de agua realiza tres moimientos que -ace que cambie de dirección tres eces, primero entra en la gota lo cual -ace que se refracte, despu)s -acia el extremo opuesto -aciendo que se ree(e en la cara interna y uele a refractarse al salir de la gota, la descomposición se da porque la longitud longitud de la onda es mayor mayor el índice de de refractacion refractacion de la gota de agua para cada color"
2@
