Informe Nro 4

UNIVERSIDAD NACIONAL MA#OR MA#OR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de A!rica"

LABORATORIO LABORATORIO DE FÍSICA FÍSI CA IV EXPERIENCIA N° 04:

REFRACCIÓN EN UN PRISMA PRISMA DE REFLEXIÓN REFLEX IÓN TOTAL TOTAL ALUMNO

:

LIÑAN DIAZ, DANIEL ANDRES.

CÓDIGO

:

11001!.

E.A.P.

:

FÍSICA.

PROFESOR

:

RA"L RE#ES VEGA.

$ORARIO DE CLASES

:

M%&'() 1*+1 -&%)

F(/-% ( &2/'3/%

:

04101*

F(/-% ( (5'&(6%

:

11101*

#$%& REFRACCIÓN EN UN PRISMA

OBJETIVOS  

Estudiar cómo se refracta la luz en un prisma. Determinar el ángulo total de refracción.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS EL PRISMA ÓPTICO

Los prismas juegan muchos papeles diferentes en la óptica. Hay combinaciones de prismas que sirven como divisores de haz polarizadores o interferómetros. !in embargo la gran mayor"a de las aplicaciones se basan en una de las dos funciones principales de los prismas# dispersión de haces de luz y cambio en la orientación de una imagen o de la Dirección de propagación de un haz. Estudiaremos la refracción de un rayo en una sección principal del prisma# aquella que es normal a la arista del mismo Desviación angula !

Es el ángulo que forma la prolongación del rayo incidente con el emergente. Encontrar $ es inmediato. %asta aplicar la ley de !nell a la primera super&cie calcular el ángulo de refracción encontrar geom'tricamente el ángulo de incidencia en la segunda super&cie y aplicar de nuevo la ley de !nell. "n#ice #e e$acción

El "ndice de refracción n no es constante sino que depende de la longitud de onda o de la frecuencia de la luz con la que se ilumina el prisma.

PROCEDIMIENTO E%PERIMENTAL

Ma&eiales'

(aja luminosa halógena )*+,*- (on / diafragmas de cierre herm'tico (on ) diafragma 0 rendijas.  (uerpo óptico trapezoidal  (uerpo óptico ángulo recto.  Disco óptico  1uente de alimentación  2apel blanco   3ransportador 

M(n&a)e * eali+ación'

).

4efracción de la luz en un prisma   3raza          

*.

dos l"neas perpendiculares en la hoja de papel. 5l punto de intersección lo llamamos 6. Haz una marca en la l"nea horizontal /cm a la derecha de 6. Lleva al punto 6 un ángulo de /- y traza una l"nea au7iliar. (oloca el cuerpo trapezoidal sobre la l"nea vertical. (onecta la caja luminosa a la fuente de alimentación. (oloca la caja luminosa de forma que el haz de luz estrecho incida sobre el cuerpo óptico con un ángulo de /-. 8bserva la trayectoria del haz estrecho dentro y fuera del cuerpo óptico. 5nota lo que observas. 6arca con pares de cruces el haz de luz incidente y el centro del haz refractado. 6arca en el papel el contorno del cuerpo óptico Desconecta la fuente de alimentación y quita el cuerpo óptico del papel 9ne las marcas para que se pueda ver las trayectorias del haz de luz antes despu's y tambi'n en el interior del prisma.

Determinación del ángulo total de refracción.



  

 

(oge el cuerpo en ángulo recto en lugar del trapezoidal. (olócalo en el disco óptico con uno de los catos sobre la l"nea vertical :La parte mate hacia abajo;. El ángulo recto debe coincidir con la marca. (oloca la caja luminosa de forma que el haz de luz estrecho incida sobre el cuerpo óptico con un ángulo de )-. Determina el ángulo total de refracción < y anota su valor en la tabla ). El ángulo total de refracción < es el formado por el rayo refractado y la prolongación imaginaria del rayo incidente. 4epite esta medición con todos los ángulos de incidencia dados en la tabla ) y anota en ella los valores de <. Desconecta la fuente de alimentación.

RESULTADOS , DISCUSIÓN

=En la práctica efectuamos / mediciones para distintas posiciones angulares.

O-sevaci(nes . esul&a#(s #e las /e#i#as 0 Re$acción #e la lu+ en un 1is/a  3rayectoria de un haz estrecho# (uando un rayo de luz atraviesa un prisma es desviado el ángulo de desviación depende del ángulo refringente del prisma. La desviación m"nima es tanto mayor sea el ángulo refringente de desviación del prisma.

Descripción del haz refractado# El haz refractado se ensancha al pasar por el prisma y no tan claramente se puede ver que se descompone en rojo naranja amarillo verde violeta. 2 De&e/ina el 3ngul( &(&al #e e$acción4

5ngulo de incidencia > 5ngulo total de refracción $

)-

*-

/-

?-

@-

A-

*@

B

*/@

B

*/

B

Evaluación 0 Ta+a n(/ales en la 5gua #el e61ei/en&( 07 . &a&a #e e61lica la &a.ec&(ia #el 8a+ #e lu+ es&ec8( al a&avesa

el 1is/a7 1a&ien#( #e &us (-sevaci(nes . la le. #e e$acción4

5l observar la luz a travesar el prisma notamos que el ancho es considerablemente mayor ocasionado por un ángulo de desviación m"nima $ .

¿

n prisma .sen ( α )=n.sen ¿

$C>;

2 9:u; suce#e c(n la lu+ al a&avesa un 1is/a<

5l a travesar el prisma la luz blanca es descompuesta en los A colores.

= Lleva al #iaga/a l(s val(es /e#i#(s #el 3ngul( &(&al #e e$acción ! 9A >u; c(nclusión llegas<

!i escribimos el ángulo de desviación δ en t'rminos del ángulo de incidencia   del "ndice de refracción n y del ángulo del prisma α. Despu's de hacer algunas operaciones llegamos a la e7presión. i1

δ =θi 1 + ( sina √ n − senθ −senθ.cosa )− a 2

2

La gra&ca obtenida e7perimentalmente no es e7actamente una parábola como deber"a pero se acerca mucho.

PRISMA DE REFLEXIÓN TOTAL

OBJETIVOS 

Estudia la trayectoria de dos haces de luz que inciden sobre un prisma en ángulo recto paralelos a la hipotenusa.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS a Re?e6ión T(&al'

!e denomina ree7ión interna total al fenómeno que se produce cuando un rayo de luz atravesando un medio de "ndice de refracción n más grande que el "ndice de refracción en el que este se encuentra se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la super&cie entre ambos medios reejándose completamente. Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor cr"tico  c. 2ara ángulos mayores la luz deja de atravesar la super&cie y es reejada internamente de manera total. La ree7ión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto "ndice refractivo hacia medios de menor "ndice de refracción. La ree7ión interna total se utiliza en &bra óptica para conducir la luz a trav's de la &bra sin p'rdidas de energ"a. En una &bra óptica el material interno tiene un "ndice de refracción más grande que el material que lo rodea. El ángulo de la incidencia de la luz es cr"tico para la base y su revestimiento y se produce una ree7ión interna total que preserva la energ"a transportada por la &bra. En aparatos de óptica se pre&ere utilizar la ree7ión total en lugar de espejos metalizados. (omo ejemplo de utilización de la ree7ión total en aparatos corrientes encontramos el pentaprisma de las cámaras fotográ&cas r'e7 y los prismas 2orro o !chmidtB2echan de los prismáticos. La ree7ión interna total es responsable de los destellos de luz que se observan en un diamante tallado.F

- Pis/a'

!istema óptico formado por uno o varios cristales de forma prismática que tiene varios usos en astronom"a# dispersión de la luz en espectroscopia aplicaciones de la interferometr"a de la polarimetr"a etc. (ada lado del pol"gono de una base forma una arista de base con la cara correspondienteG dos caras adyacentes forman una arista lateral. !egn el nmero de lados de la base se cali&ca al prisma de triangular cuadrangular etc. !i el triángulo el cuadrilátero etc. son regulares se dice que el prisma tambi'n es regularG en el caso contrario es irregular. 2or otra parte d"cese que el prisma es recto cuando las aristas laterales son perpendiculares a las bases y cuando no lo son se tiene un prisma oblicuo. El área lateral de un prisma recto es igual al producto del per"metro de la base por la longitud de la arista lateral :altura del prisma;. El área lateral del prisma oblicuo se halla de la misma manera aunque considerando el per"metro de una sección perpendicular a su eje. El volumen de un prisma es igual al producto del área de su base por su altura o del área de la sección recta por la longitud de la arista lateral. Dase el nombre de prisma truncado o tronco de prisma a cada uno de los sólidos que se obtienen al cortar un prisma por un plano que no sea paralelo a las bases. 3odo rayo de luz monocromática que se propague por una sección principal e7perimenta dos refracciones y el rayo emergente es desviado respecto al incidente segn un ángulo que depende del ángulo de incidencia del ángulo del prisma y del "ndice de refracción de la materia que lo constituye. En el caso de una luz compuesta la desviación de los rayos depende tambi'n de la longitud de onda de las radiaciones lo cual permite utilizar el prisma para descomponer la luz blanca en las distintas radiaciones del espectro. Los prismas tienen numerosas aplicaciones en óptica. 5demás de descomponer la luz como ya se ha indicado tambi'n se emplean para desviarla lo cual permite reducir las dimensiones de ciertos instrumentos o facilita su uso. (on este &n se recurre al prisma de ree7ión total cuya sección normal es un triángulo rectángulo e isósceles en el cual el rayo ! es reejado por la hipotenusa en I en una dirección 4 perpendicular a !I.

PROCEDIMIENTO E%PERIMENTAL Ma&eiales' 

  

(aja luminosa halógena )*+,*- (on / diafragmas de /,@ rendijas (uerpo óptico ángulo recto 1uente de alimentación /J)*+B , A+ )*+ 2apel blanco 4egla ∼

∼

M(n&a)e'

 3razar el centro de la hoja de papel dos l"neas perfectamente perpendiculares como se muestra en la &gura.  2oner el cuerpo óptico con la hipotenusa sobre la l"nea horizontal.  (olocar la caja luminosa con el diafragma de tres rendijas sobre la parte de la lente junto al borde de la hoja a unos @ cm del cateto del prisma. 

1igura )

Reali+ación'



(onectar la caja luminosa a la fuente de alimentación. Desplazar la caja luminosa hasta que el haz de luz central transcurra apro7imadamente /mm paralelo al eje óptico. El haz de luz inferior pasa sin refractarse por debajo de la hipotenusa del prisma. 8bservar la trayectoria de los dos haces de luz estrechos que inciden en el prisma dentro y fuera de 'l y anota lo que observas. 5nula el haz de luz central antes de llegar al prisma y anota lo observado. 6arcar con dos cruces la trayectoria del haz.

RESULTADOS , DISCUSIÓN O-sevaci(nes . esul&a#(s #e las /e#i#as Ta-la 0

 3rayectoria de la luz observada •

 3rayectoria antes y despu's del prisma  3rayectoria dentro del

•

•

•

!e observa que los haces de luz se desplaza en l"nea recta hasta el borde del prisma. 9na vez que los haces salen del prisma paralelo al eje óptico. Los haces superior y central que se tienen antes de que incida en el prisma cambia de posición una vez que salen del mismo. 9na vez dentro del prisma el haz de luz sufre un cambio de dirección es decir se refracta a causa

prisma 5nulando el haz central 5nulando el haz superior

•

•

•

del cambio del medio. Los haces que chocan con la hipotenusa del prisma se reejan en su totalidad. !e observa que al ser anulado el haz central antes que incida en el prisma trae como consecuencia la eliminación del haz superior que sale del prisma. (uando se anula el haz superior que incid"a en el prisma se obtuvo como resultado la eliminación del haz central que se ten"a al salir del prisma.

Evaluación 0 Une las cuces #el /is/( gu1(7 #e /(#( >ue la &a.ec&(ia #e l(s 8aces #e lu+ se 8aga visi-le $uea #el 1is/a . &a/-i;n7 unien#( a#ecua#a/en&e las cuces7 en su in&ei(4 C(/1aa una ve+ /3s c(n &us (-sevaci(nes #e la &a.ec&(ia #e l(s 8aces @&a-la 04