Informe sobre la reflexión y difracción de la luz Objetivos: -Comprobar de manera práctica la ley de Snell. -Observar las propiedades de la reflexión en superficies pulimentadas. -Comprender la refracción usando lentes. Marco teórico: Al tratar las ondas de la luz nos damos cuenta de que estas sufren ciertos cambios, conocidos como fenómenos ondulatorios, que consisten en alteraciones que presentan al momento de su propagación. Entre estos hemos trabajado con el fenómeno de la reflexión y de la refracción, que más adelante serán explicados. Antes de poder explicar en qué consisten estos cambios, debemos conocer en qué consiste la Ley de Snell para de esta manera poder comprenderlos mejor. La Ley de Snell nos permite calcular el cambio de dirección (refracción) de la luz al pasar de un medio material mate rial a otro con un distinto índice de refracción; esta ley también afirma que al multiplicar el índice de refracción del elemento por el seno del ángulo de incidencia se obtendrá una constante para cualquier rayo de luz entre esos dos medios.
Una vez se ha aclarado que es la ley de Snell podemos comenzar a trabajar estos fenómenos, comenzando por el de la refracción que plantea que cuando la luz pasa por la superficie de separación entre un medio y otro, se dará un cambio de dirección y velocidad. Mientras que la reflexión plantea que la luz al encontrarse con un objeto en el que no se puede refractar, no chocará sino que se reflejará volviendo al medio inicial, por lo que se experimentará un cambio en la dirección de la propagación, sin alterar su velocidad porque cambiará de medio. Como condición para que se dé la reflexión, la superficie que refleja la onda, debe de ser lisa o pulimentada porque de lo contrario, se dará otro fenómeno, la difusión, en esta cada onda es reflejada en direcciones distintas porque cada punto de la superficie tiene su propia inclinación o altura (1), el siguiente dibujo es ilustrativo:
En el gráfico se ve como en la reflexión, todos los rayos de luz reflejados tienen la misma dirección y sentido, por lo contrario en la difusión cada rayo de luz reflejado tiene una dirección diferente. Hay además que añadir que en cada reflexión hay tres elementos, el ángulo incidente, el de reflexión y la normal, una línea perpendicular a la superficie que refleja, con ella como referencia se miden los ángulos ya nombrado, el siguiente dibujo los muestra:
Según las leyes de la reflexión, el ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales, además la normal se encuentra en el mismo plano que el rayo reflejado y el incidente. En cuanto a la difracción, este fenómeno se da cuando la luz sufre un cambio de medio en donde ambos son transparentes, en contraste, en la reflexión hay una superficie que no transparente que impide el paso de la luz. Cuando se da el paso de un medio a otro, la luz debe ir con cierta inclinación con respecto a la superficie de separación de los medios, de lo contrario no cambiará de medio, si su ángulo con respecto a la normal es noventa. En cambio si el ángulo es de cero grados, no habrá una difracción porque no cambiarán los ángulos de incidencia, esto se puede comprobar porque al aplicar la ley de Snell, el seno del primer ángulo será cero y por ende toda la ecuación será igual a cero. En la refracción se aplican las siguientes leyes: la de Snell (ya descrita) y otra según la cual el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano. Además en la refracción cuando el índice de refracción del medio uno (n1) es mayor que el del dos, el ángulo de refracción es mayor que el de incidencia. Si el n1 es menor que el índice de refracción del dos, entonces el ángulo de refracción será menor que el de incidencia. Cuando haya un ángulo de incidencia cuyo correspondiente en la refracción sea de 90°, se le llama ángulo límite porque en este el rayo saldrá con una dirección paralela a la de la superficie que separa los medios. Todo ángulo que sea mayor al crítico no conlleva una refracción, sino una reflexión interna porque el rayo con dicho ángulo no pasará de un medio a otro. El siguiente esquema lo ilustra:
Procedimiento: a. Reflexión:
1. Ubicamos un espejo rectangular en medio de una hoja y situamos en el centro de un extremo de este un alfiler que durante el transcurso del experimento siempre se mantendría en dicha posición (alfiler 1). 2. Trazamos una línea paralela a la línea sobre el cual estaba situado el espejo. Esta línea nos sirvió de referencia para cambiar la posición del alfiler móvil (alfiler 2). 3. Trazamos una línea perpendicular al centro del espejo (la normal). 4. El experimento consistió en alinear el alfiler 2, el alfiler 1, y el reflejo del alfiler 2. En rigor, los alfileres realmente no se alineaban, era nuestra posición, la que permitía que las tres imágenes aparentaran ser una sola. Dicha posición debía permitir que nuestra visión describiera el segmento que se formaba entre el reflejo del alfiler 2 y alfiler 1, o el segmento que se formaba entre el alfiler 2 y alfiler 1.Es preciso aclarar que la normal, separaba dos cuadrantes en la hoja, uno izquierdo y otro derecho. El alfiler 2, variaba de posición en el cuadrante izquierdo, su reflejo siempre aparecía en el cuadrante derecho. 5. Cada vez que realizamos este procedimiento, trazamos los segmentos que se formaban entre el alfiler 1 y el alfiler 2, y el alfiler 1 y el reflejo del alfiler 2, con un mismo color, variándolo en cada ocasión, diferenciando así los ángulos que se formaban.
b. Refracción: 1. En la mitad de una hoja blanca, ubicamos un lente semicircular de plástico. 2. En el punto central de la parte recta del lente clavamos un alfiler (alfiler 1) 3. Trazamos una línea paralela a la parte recta de lente, que nos sirvió como referencia para desplazar un alfiler que en cada oportunidad cambiamos de posición (alfiler 2) 4. Trazamos una línea perpendicular a la parte recta del lente que pasaba por el alfiler 1.
5. Del lado de la parte convexa del lente, trazamos otra línea paralela a su lado recto, que utilizamos como referencia para cambiar de posición otro alfiler (alfiler 3). 6. El objetivo era que partiendo del alfiler 3 en una posición cualquiera del lado convexo del lente, logramos alinearlo con el alfiler 1 y con su refracción ubicando el alfiler 2. 7. Para finalizar trazamos las líneas que se formaban entre los alfileres 1 y 2, y medimos los ángulos que se formaban con respecto a la normal.
Tablas de datos:
Análisis de datos: Con base en los datos de las tablas anteriores, se puede decir que en la tabla del ejercicio donde se probaba la reflexión, los ángulos de incidencia y de reflexión tienen a ser iguales, para la mayoría de los casos. Pero en la primera medición hay un error de tres grados que podríamos atribuir a un error de observación del experimentador. En los demás casos el margen de error no supera los 1.5 grados, entonces si es posible afirmar que los ángulos de incidencia y reflexión tienden a ser iguales para cada caso medido.
El fenómeno que sucede con los alfileres en el caso de la reflexión, es que el 2 (según el dibujo de más arriba) refleja parte de la luz que recibe del sol, esta se dirige en todas las direcciones posibles y por este fenómeno podemos verlo. Alguno de los tantos rayos que emite el alfiler, llegan al espejo, donde tenemos al alfiler 1 para marcar un punto en específico del mismo. En el espejo, que está compuesto por una lámina de plata o aluminio cubierta por vidrio, los rayos de luz no pueden seguir propagándose en la dirección que tenían y la superficie que es plana y uniforme los refleja en otra dirección, esta tendrá un sentido que se aleja del espejo, pero conservará un ángulo con la misma magnitud que tenía el rayo de incidencia. Además la imagen que vemos en el espejo no se ve modificada en ninguna de sus dimensiones, esto es evidente porque se puede al tomar cierta postura respecto al espejo y lograr que solo se vea un alfiler, entonces uno puede tapar a los otros dos en la línea de visión del observador, sin que los otros sobresalgan. Con respecto al trabajo de la refracción, realizamos un experimento donde obtuvimos los valores de los ángulos de incidencia y refracción para cinco casos, gracias a internet obtuvimos el índice de refracción del aire, que llamamos n1, el índice de refracción dos (n2) era una incógnita que se pudo despejar al aplicar la ley de Snell. Así comprobamos que la ley de Snell se aplica para cuando se da la refracción. Los valores para n2 tienden a ser iguales sin guardamos un margen de error de 0,1, el único caso en el que el error es muy amplio es en el tercero, en este la medida se vuelve poco precisa por el hecho de que el ángulo es muy pequeño, apenas 7 y 6 grados, esto dificulta su medición. Además entre más cercano sea el rayo de incidencia a la normal, la modificación del ángulo y por ende el rayo refractado será cada vez menos afectado, ya se vio en el marco teórico que de por sí que cuando el ángulo es igual a cero, entonces no hay refracción. De la misma forma, entre mayor sea el ángulo de incidencia, mayor será la variación del ángulo de refracción. En este experimento el ángulo de refracción siempre es menor al de incidencia porque como ya se dijo en el marco teórico, si el índice de refracción uno es menor al dos, como sucede en este caso, según los datos de la tabla, entonces el ángulo de refracción siempre será menor al de incidencia y por ende el rayo de refracción tenderá a acercarse a la normal. Conclusiones:
-Entre más pequeño sea el ángulo de incidencia, los errores en la medición son mayores. -El ángulo de refracción depende tanto del material del objeto como de la cantidad de las dimensiones de este. - La distancias objeto-espejo e imagen-espejo son iguales además los tamaños del objeto e imagen son congruentes. -Las dimensiones del objeto refractado varían cuando la imagen atraviesa otro medio, estas se perciben más grandes entre mayor distancia haya entre el objeto y el medio. -Puesto que el n2 era casi igual en los 5 casos, se pudo comprobar la ley de Snell. Bibliografía: Fisicanet. (s.f.). Fisicanet. Recuperado el 25 de 03 de http://www.fisicanet.com.ar/fisica/ondas/ap06_optica_geometrica.php
2015,
de
(1) Recursostic. (s.f.). Recuperado el 25 de 03 de 2015, de Las ondas: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/4quincena11/4q1 1_contenidos_2a.htm Teleformación. (s.f.). Recuperado el 25 de 03 de 2015, de http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGe ometrica/reflex_Refrac/Refraccion.htm http://www.bdigital.unal.edu.co/8175/1/myrianamedinatello.2011.pdf
