Laboratorio de Física I Práctica de Laboratorio N°7 NATURALEZA,LEY DE LA DISTANCIA,REFLEXION DE LA LUZ
INFORME Integrantes del grupo: Grupo: C12-1-A Profesora: SEMANA 15 Fecha de realización: 14 de Noviembre Fecha de entrega: 21 de Noviembre
2012-2
1. INTRODUCCION En el siguiente laboratorio se procederá a comprobar experimentalmente la variación de fuente luminosa alimentadas por corrientes AC y DC. Posteriormente se procederá a deducir las leyes de la reflexión de la luz, como se verá a continuación.
2. OBJETIVOS Comprobar experimentalmente la variación de fuentes luminosa alimentadas AC y DC. Comprobar experimentalmente que la intensidad de una onda luminosa disminuya con el cuadrado de distancia de la fuente luminosa. Estudiar las imágenes formadas en un espejo plano. Deducir las leyes de la reflexión de la luz. Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales utilizado como herramientas el software Data Estudio.
3. Fundamentos teóricos La naturaleza de la luz: La naturaleza física de la luz ha sido uno de los grandes problemas de la ciencia. Desde la antigua Grecia se consideraba la luz como algo de naturaleza corpuscular, eran corpúsculos que formaban el rayo luminoso. Así explicaban fenómenos como la reflexión y refracción de la luz. Newton en el siglo XVIII defendió esta idea, suponía que la luz estaba formada por corpúsculos lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. Escribió un tratado de Óptica en el que explicó multitud de fenómenos que sufría la luz. En 1678 Huygens defiende un modelo ondulatorio, la luz es una onda. Con este modelo se explicaban fenómenos como la interferencia y difracción que el modelo corpuscular no era capaz de explicar. Así la luz era una onda longitudinal, pero las ondas longitudinales necesitan un medio para poder propagarse, y surgió el concepto de éter como el "medio" en el que estamos inmersos. Esto trajo aún más problemas, y la naturaleza del éter fue un quebradero de cabeza de muchos científicos. La solución al problema la dio Maxwell en 1865, la luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío. Quedaba ya por tanto resuelto el problema del éter con la aparición de estas nuevas ondas. Maxwell se basó en los estudios de Faraday del electromagnetismo, y concluyó que las ondas luminosas son de naturaleza electromagnética. Una ONDA ELECTROMAGNÉTICA se produce por la variación en algún lugar del espacio de las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. No necesita ningún medio para propagarse, son ondas transversales. Una carga eléctrica oscilando con una determinada frecuencia, produce ondas electromagnéticas de la misma frecuencia. La velocidad con la que se propagan estas ondas en el vacío es: c = 3 10 8 m/s
Intensidad luminosa: Para poder definir m ás claramente la intensidad luminosa vamos a especificar una fuente patrón o manantial patrón. Un manantial patrón es cualquier cuerpo que radia energía, ahora bien, no toda la energía que radia es considerada energía luminosa (aquella que percibimos con el sentido de la vista) sino que parte de esa energía se transforma en calor y radiaciones no visibles, as í que parte de esa energía emitida por un manantial no es energía visible. Las radiaciones luminosas provienen pues del calentamiento de un determinado material a consecuencia del cual radia energía.
Reflexión Al cambio de dirección que experimenta la luz al llegar a una superficie pulida se le llama reflexión. En casi cada momento de la vida diaria se encuentran experiencias que son consecuencias de reflexión de la luz. Usted está leyendo estas líneas gracias a que la luz que se refleja en la superficie, se observa en un espejo por la luz reflejada sobre él. El principio o la ley de la reflexión de la luz, se aplica en las experiencias que se acaban de describir y en muchos otros. La ley de la reflexión se puede ver desde otro punto de vista diferente que viene del Principio de Fermat que establece que “De todos los posibles caminos puede tomar la luz para desplazarse, toma siempre aquel que lo lleva a recorrer en el tiempo más corto” o dicho de otro modo “La trayectoria real entre dos puntos tomados por su haz de luz es aquella que es recorrida en el tiempo mínimo”.
La reflexión especular se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie pulida como un espejo, mientras que cuando la reflexión se produce sobre una superficie rugosa se denomina reflexión difusa. En el caso particular de la reflexión especular (generalmente cuando se habla de reflexión se hace referencia a este tipo) se cumple lo que se denomina la ley de reflexión: θi Que nos indica que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. El índice de refracción de un medio se define como: =
Ya que se sabe que la velocidad de la luz (v) cambia de acuerdo al medio en que atraviese, así también como la longitud de onda ( )גmientras que la frecuencia (f) permanece constante. Recordemos que la velocidad de una onda se relaciona con la frecuencia (f) y la longitud de onda ( )גde acuerdo con la siguiente relación:
4. MATERIALES Computadora personal con el programa Data S36tudio
Interface USB Link
Sensor de luz
Fuente luminosas
Espejos
Regla Hoja polar
5. PROCEDIMENTO Naturaleza de la luz Para empezar tiene que estar encendida la computadora, la cual debe estar conectado el interface USB link, y deberánconecta el sensor de luz. Seguidamente se ingresa al programa Data Studio y le damos clic en crear experimento, aparecerá una un plano cartesiano con la grafica intensidad vs tiempo. Después tomaran datos apuntando el sensor de luz hacia elfluorescente del laboratorio, el cual estuvo alimentado con una fuente AC. Le dimos clic al botón inicio y obtuvimos la siguiente gráfica. Gráfico Nº1
Ahora aremos lo mismo pero con la linterna ya que esta está alimentada por pilas y nos da una fuente de tensión DC. Gráfico Nº2
Variación de la intensidad de la luz Para la realización de la siguiente experiencia deberán hacer el montaje de la imagen Nº1
………….Nº1 Para tomar los datos configuramos el programa Data Studio para que la gráfica nos salga intensidad (lux) vs distancia (m). Seguidamente tomamos los datos en las distancias de 5cm, 10cm, 15cm, 20cm, 25cm, 30cm. Obtendrían el siguiente gráfico. Grafica Nº3
Reflexión de la luz Para esta experiencia tomaran los espejos y los colocaran en la hoja polar como se ve en la imagen Nº2.
……….Nº2 Seguidamente se varia el ángulo entre los dos espejos hasta que este sea el mínimo que pueda ver sus ojos las imágenes que se formaran.
6. RESULTADOS OBTENIDOS o Naturaleza de la luz. 1. ¿Qué valor registra para luz solar? Como no contábamos con suficiente luz solar fue remplazado por un fluorescente la cuan nos dio un valor de 0.4 Hz 2. Arrastre el icono TRF (transformada Rápida de Fourier ), sobre los datos del fluorescente AC. Ajuste la presentación del rango, de modo que pueda verse claramente. Interprete los resultados ¿Qué significa el echo de que se encuentre (o no) un valor de frecuencia? Se tomo 0.4Hz y de amplitud 1, el que que existe una frecuencia es por que nos proporciona ondas. o Variación de la intensidad de la luz. 1. ¿Cuál es el comportamiento de la grafica para la bombilla incandescente DC? El comportamiento de la gráfica es de inversa , porque sus valores son inversamente proporcional. 2. Con los datos obtenidos determine la dependencia de la intensidad con la distancia.
3. ¿Cuál ajuste escogerías? ¿Por que? Ajuste inverso, porque los valores son inversamente proporcional. 4. Anote los valores resultantes del ajuste que escogió.
o Reflexión de la luz. Pare el experimente de formación de múltiples imágenes, esta cumple con la ecuación: Números de imágenes = (360º/ángulo entre espejos)-1 ¿Cuál es número máximo que usted puede observar en esta configuración? ¿a que ángulo corresponde? Legamos a ver 17 imágenes en un ángulo de 20º
7. OBSERVACIONES El ángulo formado por los espejos debe estar bien unidos. No se deberá mover el sensor de luz cuando se este midiendo.
8. CONCLUSIONES
En la experiencia de la naturaleza de la luz, se llegó a la siguiente conclusión: cuando la luz es emitida por un fluorescente cuya fuente de tención AC, la intensidad luminosa es variable, formando ondas de 0.4Hz En la experiencia de la variación de la intensidad de la luz, observando la gráfica N°3 a la cual se le realizó ajuste inverso ;se pudo notar que para los valores de intensidad para 5cm , 10cm, 15cm, 20cm ,25cm y 30cm los valores de intensidad obtenidos fueron cercanos a 37lux, 13lux, 7lux,5 lux y 4lux respectivamente. Con lo cual se pudo comprobar que la intensidad luminosa varía en forma inversa con el cuadrado de la distancia a la fuente luminosa En la experiencia de reflexión de luz ,el número máximo de imágenes que se observo fue de 17 en un ángulo de 20º cuando teóricamente debe ser 18 imágenes ;encontrando un error de 5.56%
