05/09/12
¿Qué significa refracción de la luz? Esneider Restrepo Departamento de Ingenieria de Sistemas Universidad de Córdoba, Montería
RESUMEN En esta práctica se busca estudiar el significado de un fenómeno que ocurre en la naturaleza de la luz como lo es la “ Refracción”. Refracción ”. El cual es un fenómeno en don de la luz se transmite de un material a otro desviado su curso. Esto debido a las distintas velocidades con las que se propaga la luz en distintos materiales. Este fenómeno interesante de la luz tiene muchos fenómenos asociados o mas bien derivados de el como lo son los espejismos, el cual ocurre cuando el índice de refracción de un material cambia gradualmente, y con una refracción continua esto crea una desviación desviación de la luz, el cual cual percibimos por nuestros aparatos ópticos (ojo) de manera que vemos lo que denominamos espejismos. Tambien podemos notar cuando sumergimos parcialmente un objeto largo y delgado en una cubeta de agua, vemos una torcedura del objeto, ya que los haces de luz reflejados que son los que llegan a nuestra visión es el del rayo refractado. Para este experimento utilizamos un vidrio semicircular como el medio material transparente que necesitamos aparte del aire.
1. TEORÍA RELACIONADA La refracción es un fenómeno que ocurre en el movimiento ondulatorio, y que además es exclusivo de las ondas, el cual es transmisión de la onda por medios transparentes para dicha onda, claro no todas los materiales son transparentes para todas las ondas electromagnéticas ya que dependen de la frecuencia de la onda y la frecuencia natural del material. La luz es un ejemplo de onda electromagnética la cual se caracteriza por no necesitar un medio material para desplazarse y transmitir energía y cantidad de movimiento. Antes de que Maxwell, unificara el electromagnetismo y determinar la luz como una onda electromagnética, había mucha controversia en cuanto a la naturaleza de la luz, por ejemplo unos afirmaban que la luz eran corrientes de partículas (corpúsculos). Newton fue el primero en experimentar la naturaleza de la luz y en afinar que esta era corriente de partículas posteriormente otros científicos afirmaron que la luz era forma de ondas ya que se “refractaba”, fenómeno que no puede existir en las partículas. De manera que fue por medio de la refracción que se determino que la luz era una onda. Sin embargo ambos bandos tiene razón, ya que la luz tiene comportamientos de partículas al reflejarse y ondulatorio al refractarse. La refracción en la luz se debe a los distintos índices de refracción que tienen los distintos materiales transparentes, dado que este fenómeno ocurre cuando la luz asa de un medio material a otro. A continuación se definirán conceptos claves:
Índice de refracción:
, donde es la velocidad de la luz en el vacío,
Es la velocidad de la luz en el otro material. Se debe hacer la aclaración que la refracción solo se da en materiales transparentes para las ondas que se inciden en dicho material, ya que si si no fuese asi se se reflejaría y no habría fenómeno de refracción. Ir ejemplo aunque el vidrio es un material transparente para la luz visible, no lo es para las ondas electromagnéticas en el espectro del infrarrojo que son de menor frecuencia que la luz visible y los ultravioletas que están
Por encima de la luz visible con mayores frecuencias. De manera que las ondas no se refractan, reflejándose por completo. Cuando un rayo de luz pasa de un medio material a otro que tambien es transparente, y si se manda un haz de luz con cierto angulo de incidencia con resecto a la normal, el haz de luz se refractara con un angulo menor de refracción, es decir se acerca a la normal, si el material en el que incide el haz haz de luz es de mayor índice de refracción, es decir la luz se propaga con menor velocidad y tiene sentido ya que de acuerdo al principio de Fermat la luz viaja de manera que se empleé el menor tiempo posible, es por esto que la luz viaja en línea recta, y la manera de alcanzar esto seria buscando un camino mas corto es ir esto que la luz se dobla al incidir en el material, es por que busca acortar el camino, se nota que si se manda el haz de luz paralelo a la normal se refracta igual por que ese es el camino mas corto, y finalmente si el haz de luz pasa de un medio material con menor índice que el otro entonces ocurre lo contrario el haz de luz se refracta con mayor angulo para compensar. Entonces nos preguntamos cuanto se refracta la luz esto se resuelve por medio de la ley dela refracción o ley de Shell, en honor al científico holandés Willebrord Snell.
. En la siguiente figura se ilustra este fenómeno, en donde se presentan los tres casos mencionados anteriormente
¿Qué significa refracción de la luz? E. Restrepo
Realizacion: 1. Comportamiento de la desde luz estrecho en la superficie de separación aire /vidrio - Conecta la caja luminosa a la fuente de alimentación (12v). - Desplaza la caja luminosa hasta que el as de luz estrecho valla exactamente sobre el eje óptico (línea de 0˚, sobre el “normal al plano de incidencia”) - Si la posición del cuerpo óptico y la caja luminosa es correcta, el has de luz continua discurriendo sobre el eje óptico después de su aso atraves del vidrio - Deslaza la caja luminosa hasta que la luz incida sobre el cuerpo óptico con un angulo de (40˚) con respecto a la normal al plano de incidencia) - Observa atentamente estrecho al atravesar la superficie de separación aire/vidrio; anota lo que observas -¿Cómo se comporta la luz al salir del cuerpo de vidrio (en la superficie vidrio/aire)? Anota lo que observas - Compare el angulo de incidencia α con el angulo entre el has de luz saliente (refractado) y el eje óptico (angulo de refracción β).anota lo que compruebe 2. Determinación del angulo de refracción β en función del angulo incidencia α - Comprueba la poción del cuero óptico conforme al método escrito en la primera parte del experimento (incidencia y salida de la luz exactamente a lo largo del eje óptico). - Desplaza la caja luminosa hasta que el has de luz forme exactamente un angulo de 10˚ con la normal del plano de incidencia (línea 0˚). - Lee correspondiente de refracción β y anota su valor en la tabla 1. Este es el angulo entre el haz de luz refractado y la normal al plano de refracción (eje óptico). - Repite este procedimiento para cada uno de los angulos de incidencia α de la tabla 1, anota siempre los angulos de refracción β correspondientes. - Elige tu mismo otros tres angulos de incidencia α y mide los angulos de refracción β. Anota los pares de angulos igualmente en la tabla 1. - Haz incidir, finalmente, la luz bajo el angulo de 0˚.
2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO
¿Cuál es ahora el angulo de refracción β? Anota su valor. - Desconecta la fuente de alimentación.
Montaje. - Coloca el disco óptico delante de ti sobre la mesa y pon el cuerpo óptico semicircular (el lado mate hacia abajo), exactamente sobre la línea vertical, entre las marcas. - Coloca el diafragma de una rendija en la caja luminosa sobre la parte de la lente, y con la aproximadamente a 1cm del disco óptico.
3. RESULTADOS 1. Comportamiento del haz de luz estrecho en la superficie de separación aire/vidrio.
2
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Comportamiento del haz de luz estrecho al oblicuamente la superficie de separación aire/vidrio:
atravesar
Se nota que el haz al atravesar la frontera aire/vidrio se refracta con angulos de incidencia menores de 46˚ y para angulos mayores el haz de luz se refleja una arte y otra se refleja. Comportamiento del haz de luz estrecho al salir del cuerpo óptico. Se nota que el haz de luz sale con menor intensidad al salir del cuerpo óptico. Comparación de los angulos de incidencia y refracción. Se observa que el angulo de refracción es menor que el angulo de incidencia. 2. Determinar el angulo de refracción β en función del angulo de incidencia α Angulo de incidencia α
Angulo de refracción β
10˚ 30˚ 45˚ 75˚ 25˚ 50˚ 80˚ 60˚ 0˚
6˚ 20˚ 28˚ 40˚ 16˚ 31˚ 41˚ 35˚ 0˚
Tabla 1.
4. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES Evaluación. 1. Describe, de acuerdo con tus, observaciones, como se comporta el haz de luz estrecho al atravesar oblicuamente la superficie de separación aire/vidrio. R//: De acuerdo a lo observado en el experimento, el haz de luz al atravesar la frontera aire/vidrio sufre una desviación. 2. Compara entre si los angulos de incidencia α y los de refracción β correspondientes, de la tabla1. Formula el resultado con tus propias palabras. R//: Al ver los angulos de incidencia α y los angulos de refracción β, se nota que son cantidades directamente proporcionales, cuya constante de proporcionalidad es precisamente el índice de refracción de la luz en el vidrio. Esto es:
Por ejemplo para α=10 y β=6, entonces
precisa que es la que rige ello fenómeno de refracción de la luz, conocida como ley de Snell. , donde es el índice de refracción del primer medio, en este caso el aire, para el cual tiene un valor muy aproximado a uno, ya que la velocidad de la luz es similar en el vacío que en el aire. Es el angulo de incidencia, es el angulo de refracción y es el índice de refracción en el segundo material, para este caso el vidrio el cual es 1.66. 3. ¿A que resultado te conduce la medición con un angulo de incidencia de 0˚? Intenta razonar el resultado. R//: Si se emite un haz de luz con 0˚ con respecto a la normal a la superficie del material, este no se desvía en absoluto. Es decir sigue con la misma dirección de 0˚ con respecto a la normal. Esto se cumple para todo material, bueno siempre y cuando sea una material transparente. Esto debido a la ley de refracción de Snell. 4. Intenta formular, en base a tus medidas y a las condiciones del experimento, una ley para el paso de la luz a través de la superficie de separación aire/vidrio. R//: Ha partir de los experimentos y se podría establecer una ley para este fenómeno. El cual es: Cuando un haz de luz se refracta a través de un material transparente. Es decir pasa de un material a otro, este haz de luz se desvía dependiendo del índice de refracción de los materiales. Si el índice del primer material es menor que el del segundo material, el haz de luz se desvía acercándose hacia la normal, es decir el angulo de refracción es menor que el de incidencia, ya que la velocidad de la luz en dicho material es menor, y ella busca un camino mas corto, para tener un tiempo mínimo de acuerdo al principio de Fermat. Si el índice del material del primer material es mayor que el del segundo, el haz de luz se refracta con un angulo de refracción mayor que el de incidencia, esto debido a que la velocidad en este medio es mayor. Y por ultimo si el haz de luz se emite sobre la superficie con α =0, entonces β=0. Es decir el haz de luz no se desvía, se transmite con la misma dirección. 5. ¿Por qué no se refracta de nuevo el haz de luz al salir del cuerpo óptico semicircular? R//: El haz de luz no se refracta al pasar de vidrio a aire por la forma que tiene el material, este material en este extremo es convexo en términos de lentes, de manera que este converge los rayos de luces en un punto en común, es por eso que el haz sigue con la misma dirección.
, el
cual es el índice de refracción del vidrio denso con el cual estamos trabajando. Sin embargo se tiene una ley mucho mas
Conclusiones.
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Se logro demostrar experimentalmente la ley de la refracción de la luz en materiales transparentes por medio de la práctica anterior, la cual es muy importante en la vida, ya que junto con la reflexión forman una base para el estudio de la óptica geométrica la cual tiene muchas aplicaciones en la vida diaria.
5. REFERENCIAS Son colocadas en el orden en que fueron citadas en el informe y de la siguiente forma: [1]. Paul Hewitt, Fisica Conceptual, Pearson Addison Wesley. [2]. Serway, Fisica Para Ciencias e Ingenierias, Mc Graw Hill, (1977). [3]. Sears Zemanski, Fisica Universitaria, Addison – Weslley.
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