UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE ESPE CARRERA DE INGENIERÍA AGROPECUARIA “No somos los únicos, somos los mejores”
Oscar Paucar , Bryan Quinga
Departamento de Física, Universidad de las fuerzas f uerzas Armadas ‘‘ESPE’’- IASA 1, Hacienda el prado, Selva Alegre, Sangolqui E-mail:
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Tem Tema: RE F RACCI ÓN Y LENTE S DE LGAD AS 1. Objetivo(s).
Determinar el índice de refracción y el ángulo de refexión total interna. Determinar la distancia focal de un lente convergente y divergente.
2. F undam undamentaci ntación ón teóri teórica ca..
LEY DE LA REFRACCIÓN La refracción de la luz ocurre o curre cuando los rayos viajan a través de medios diferentes y se desvían. Esta desviación tiene su origen en la variación de la velocidad de la luz cuando pasa de un medio a otro; o tro; por ejemplo, cuando la luz pasa del aire al agua, se desvía, lo que hace ver los objetos deformes, tal como lo apreciamos en la figura . El fenómeno de refracción tiene su análogo en la mecánica y está relacionado con la teoría corpuscular propuesta por Isaac Newton; experimentalmente se simula lanzando una partícula sobre un plano don- de su inclinación cambia continuamente. Cada vez que la inclinación varía, la partícula se desvía de su trayectoria y simultáneamente la velocidad cambia. El efecto de estos cambios en la velocidad de propagación de la luz se manifiesta en aparentes defor- maciones de los cuerpos cuando estos cambian de medio, como se ilustra en la figura. Las figuras 3.2 a. y 3.2 b. son ejemplos de refracción, uno cuando la luz pasa del aire al agua y el otro cuando la luz pasa del vidrio al aire. En el primer caso los rayos de luz que vienen del aire (menor densidad) e ingresan al agua (mayor densidad), se refractan o desvían acercándose a la línea normal, porque la velocidad de la luz es menor en el medio más denso. Recordemos que la línea normal se construye perpendicular a la superficie que separa los dos medios.
En el caso de la figura 3.2 b., cuando el rayo de luz sale del vidrio al aire, la velocidad de la luz es mayor en el aire por poseer menor densidad y su efecto es la desviación de la luz alejándose de la línea normal. Nótese que en las dos figuras se trazó una línea normal perpendicular a la superficie de separación entre los dos medios y también se marcó con θi el ángulo formado entre el rayo incidente y la normal; este se conoce como ángulo de incidencia. El ángulo marcado con la letra θr , formado entre el rayo refractado o desviado y la línea normal, representa el ángulo de refracción. El físico holandés Willebrord Snell propuso la ley que establece la relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción. Se conoce como ley de Snell y se enuncia así: n
sen θ1
1
n
sen θ2 donde n1y n2 son los índices de refracción y
2
dependen del material del medio en donde se propaga la luz. El índice del primer medio (antes de la refracción) es n1y el del segundo medio (después de ocurra la refracción ) es n2.
LENTES Las lentes son dispositivos trasparentes, formadas por la intersección de dos superficies esféricas o semiesféricas. Generalmente se fabrican en vidrio, por la cualidad de ser trasparente a la luz visible. Dentro de este género ex isten lentes convergentes o convexas y lentes divergentes o cóncavas. Las lentes convergentes se caracterizan porque cuando los rayos de luz inciden paralelamente sobre la superficie convexa, estos convergen en el foco ( F ) que es real. En las lentes divergentes cuando los rayos de luz inciden en forma paralela sobre la superficie cóncava, los rayos de luz son desviados una vez atraviesan la lente y forman un foco virtual, como se muestra en la figura 3.
1
1 1 = +
f=distancia focal. p=distancia objeto. q= distancia imagen.
3. Materiales y E quipos. Materiales. - Fuente de luz. - Paralelepipedo de material transparente. - Lente conbergente. - Lente divergente. - Papel milimetrado. - Lápiz. - Graduador.
4. I nstrucciones o Procedimiento 4.1 Indice de refracción .
Colocar la hoja sobre la mesa,
Colocar el paralelepipedo sobre la hoja y dibujar el eprfil del mismo.
Encender la lámpara y orientar el rayo de luz sobre el material, dibujar el rayo incidente, rayo refractado y linea normal.
Usando el graduador determinar el ángulo de incidencia y el angulo de refracción.
Repetir el procedimiento dos veces, con otras direcciónes de rayo incidente. .
4.2 Lente convergente
Colocar la hoja sobre la mesa.
Colocar la lente convergente sobre la hoja y dibujar el peprfil de la misma,
Encender la lámpara y orientar el rayo de luz sobre la lente de forma que el rayo sea paralelo al eje óptico de la lente , dibujar el rayo incidente, rayo refractado.
Repetir el procedimiento dos veces, con otras posiciones del rayo incidente paralelo al eje óptico.
Determinar el punto de intersección de los rayos refractados y medir la distancia focal desde la intersecció hasta el centro de la lente.
4.3 Lente divergente
Colocar la hoja sobre la mesa.
Colocar la lente divergente sobre la hoja y dibujar el peprfil de la misma.
Encender la lámpara y orientar el rayo de luz sobre el espejo de forma que el rayo sea paralelo al eje óptico de la lente , dibujar el rayo incidente, rayo refractado.
Repetir el procedimiento dos veces, con otras posiciones del rayo incidente paralelo al eje ótico.
Determinar el punto de intersección de la prolongación de los rayos refractados y medir la distancia focal desde la intersección
de la prolongación de los rayos
refractados hasta el centro de la lente.
4.5 Adjuntar los diagramas de rayos registrados en las hojas de papel milimetrado.
Para encontrar el porcen ta je de sacarosa (azúcar de caña) que hay en una solución acuosa, un químico determina el índice de refracción de la solución de bastante precisa y luego encuentra el porcentaje en una tabla que proporciona el índice de refracción de la concentración de sacarosa. El qtúmico determina el índice de refracción sumergiendo un prisma de vidrio en la sacarosa y midiendo el ángulo crítico para reflexión total inte rna de un rayo de luz dentro del prisma de vidrio. a) Supóngase que con un prisma de índice de r ef racción 1.6640 el ángulo crítico es 57.295°. b) Se usará la tabla siguiente, interpolando en caso de ser necesario, para encontrar la concetración de sacarosa hasta cuatro cifras significativas. CONCENTRACIÓN
40.00
n
1.3997
40.10
1.3999
40.20
1.4001
40.30
1.4003
5. RESULTADO DE APRENDIZAJE La refracción en la lentes delgadas nos ayuda para poder determinar si una imagen es virtual o real aplicando las diferentes ecuaciones y además poder conocer el índice de rerfraccion o diferentes angulos ya sea el critoco o de refracción ya dicho.
6. CONCLUSIONES El conocimiento de las leyes de la óptica de refracción, nos permite comprener como y por que se forman las imágenes, que constituyen para el hombre la representación mas valiosa de su mundo exterior . Asi como vemos que esta parte de la física no se puede ignorar en nuestra vida cotidiana por el motivo de que interactuamos con ella por diversos usos y utilidades.
7. RECOMENDACIONES
8. BIBLIOGRAFÍA Rodríguez, Y. (2009). Fibra óptica. Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com Malacara, D. (2015). Óptica básica (3a. ed.). Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com Díaz, E. M. E. (2006). Óptica aplicada programada. Retrieved from https://ebookcentral.proquest.com
