CURSO: ONDAS Y CALOR CODIGO: PG1014
LABORATORIO N°07 NATURALEZA, LEY DE LA DISTANCIA, REFLEXIÓN DE LA LUZ.
Apellidos y Nombres
Nota
CASTILLO TUNCO GUSTAVO ALONZO Alumno (s):
ESCALANTE VILCA EDISON MAMANI APAZA ANGEL ORLANDO PILCO MAMANI YERSON
Profesor:
JEISON MANCHEGO
Especialidad/Grupo:
Programa Profesional: 11
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Mesa de Trabajo :
Fecha de entrega :
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C3A 03
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 07 NATURALEZA, LEY DE LA DISTANCIA, REFLEXIÓN DE LA LUZ. 1. OBJETIVOS 1) Comprobar experimentalmente la variación de fuentes luminosas alimentadas AC y DC. 2) Comprobar experimentalmente que la intensidad de una onda luminosa disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente luminosa. 3) Estudiar las imágenes formadas en un espejo plano. 4) Deducir las leyes de la reflexión de la luz. 5) Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales utilizando como herramienta el software Data Studio. 2. MATERIALES - Computadora personal con programa PASCO CapstoneTM instalado - Interfase USB Link - Sensor de luz - Fuentes luminosas - Espejos Regla
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-
fileres Papel polar Tablero de cartón
3. FUNDAMENTO TEÓRICO Naturaleza de la luz Las bombillas eléctricas se alimentan con un voltaje de 50 Hz (o 60 Hz) en algunos países) de onda sinusoidal. La amplitud máxima del voltaje, y en consecuencia del brillo, tiene lugar dos veces por ciclo debido a que la bombilla es excitada cuando se incrementa el voltaje sin importar la polaridad de este. Una bombilla eléctrica tendrá una intensidad máxima 100 veces por segundo (o 120 veces por segundo). Tendrá del mismo modo una intensidad mínima 100 veces por segundo (o 120 veces por segundo). Las luces fluorescentes pardean a una frecuencia particular. La intensidad de la luz procede de bombillas que también fluctúan. La intensidad de la luz procedente de bombillas DC no debe variar.
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Intensidad luminosa Cuando una fuente puntual emite luz con una potencia (P) constante y el medio de propagación es isotrópico y no absorbente de energía, los frentes de onda son esféricos. De este modo, la energía por unidad de tiempo (P) se distribuye uniformemente sobre el área de una superficie esférica de radio (r). Por ello, la intensidad de la onda (potencia media por unidad de área) resulta ser:
I
(1)
r2 Es decir la intensidad de la luz a una distancia dada r, será proporcional al cuadrado de su radio r, la intensidad variará como 1/r2. Los campos eléctricos y gravitatorios también son funciones que responde a la ley de la inversa al cuadrado. 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 la 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 mas 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: = Que nos indica que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. El índice de refracción de un medio se define como: n = velocidad de la luz en el vacío = c velocidad de la luz en un medio v
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(2)
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 ( ) mientras que la frecuencia (f) permanece constante. Recordemos que la velocidad de una onda se relaciona con la frecuencia (f) y la longitud de onda ( ) de acuerdo con la siguiente relación: v= f
MATERIALES A UTILIZAR:
Bateria
sensor de luz
4. PROCEDIMIENTO Naturaleza de la luz. Ingrese al programa PASCO CapstoneTM, haga clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de luz (luxómetro) insertado a la interfase Usb Link. Entre al icono CONFIGURACION luego seleccione velocidad de muestreo a 10 hz. No es necesario calibrar el sensor de luz, pero si necesitara calibrar la sensibilidad del sensor, selecciónelo en el rango BULB (0 – 260 lux) lo reconocerá pues sobre el sensor hay un botón con la imagen de una bombilla eléctrica. 5
Encienda el fluorescente AC y coloque el sensor de luz a unos cuantos centímetros. No acercar el sensor al fluorescente, registre las medidas a nivel de la superficie de la mesa. Comience a grabar los datos por espacio de 20 segundos Repita el procedimiento para la bombilla incandescente AC. Repita el procedimiento para la bombilla incandescente DC. Variación de la intensidad de la luz. Ingrese al programa PASCO CapstoneTM, haga clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de luz (luxómetro) insertado a la interfase Usb Link. Arme el montaje de la figura 4.1. La longitud inicial debe ser de 20 cm. Obsérvese que la linterna debe estar perpendicular a la regla. Cuide además que la luz del ambiente no incida sobre su senso
Sensor luminoso Linterna Regla Fig. 4.1. Primer montaje. Selecciónelo en el rango BULB (0 – 260 lux) lo reconocerá pues sobre el sensor hay un botón con la imagen de una bombilla eléctrica. Entre al icono CONFIGURACION luego seleccione velocidad de muestreo a 10 Hz, luego vaya a opciones y en muestreo manual seleccione conservar valores de datos solo si se solicita. Renombre la medida a tomar como longitud y las unidades en metros, según como lo puede ver en la figura 4.2.
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Fig. 4.2. Configuración del sensor luminoso. Posteriormente levante un gráfico de intensidad luminosa (lux) vs longitud (metros). Al empezar la grabación de los datos aparecerá una ventana como podemos apreciar en la grafica 4.3 y deberá poner el valor de la longitud y así en cada valor que selecciones, el sistema grabará solo en el momento que se acepte el valor. Para finalizar la grabación se seleccionará e icono de color rojo
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al costado del icono CONSERVAR. Grabe con un paso de 5 cm desde los 20 cm hasta los 100 cm.
Fig. 4.3. Forma de registrar un dato manualmente.
Escalas de meicion en cm Datos obtenidos del CAPS TONE 20 301.65 25 288.98 30 280.46 35 246.52 40 225.34 45 201.03 50 197.60 55 178.96 60 156.11 65 123.71 70 105.47 75 99.87
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La inversa del radio 0.05 0.04 0.033 0.029 0.025 0.022 0.02 0.018 0.016 0.016 0.014 0.013
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CALCULOS DESARROLLADOS CON EL CELULAR: INTENSIDAD
CONJUNTO
58.90
0.15
43.37
0.20
31.98
0.25
22.46
0.30
18.05
0.35
15.05
0.40
12.18
0.45
10.50
0.50
9.36
0.55
8.84
0.60
8.40
0.65
7.63
0.70
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Reflexión de la luz. El espejo plano debe sostenerse en posición vertical con ayuda de la madera y colócalo sobre una hoja de papel polar. Clava un alfiler que te servirá de objeto frente al espejo a 10 cm. El alfiler debe de estar fuera desalinea normal del origen de coordenadas. Este alfiler es visible desde cualquier ángulo, luego podemos decir que la luz es reflejada en todas direcciones. Un segundo alfiler localizador puede ser usado para definir un rayo de luz que al chocar con el espejo forma un ángulo particular de incidencia con la normal del espejo. Mover el eje frente al espejo plano hasta que las imágenes de ambos alfileres en el espejo coincidan. Luego colocar dos alfileres “localizadores” en la línea recta que une las imágenes de los dos alfileres. Los dos nuevos alfileres definirán el ángulo de reflexión correspondiente. Trazar ambos rayos y la posición del espejo sobre el papel. La línea de trazos de la figura 4.4 representa el rayo de luz incidente y la línea continua representa el rayo de luz reflejado. El ángulo de incidencia se define como el ángulo entre el rayo incidente y la perpendicular a la superficie reflectante, considerada en el punto de reflexión, esta perpendicular se llama normal.
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El ángulo de reflexión es el ángulo entre el rayo reflejado y al normal. Trace en el papel y mida los ángulos de incidencia y reflexión.
Figura 4.4. Segundo montaje. Quite los alfileres del rayo incidente y clávese en otros lugares cualesquiera del papel. Trace la línea de puntos que marque el nuevo rayo incidente y repita el proceso una vez mas midiendo respectivamente los ángulos y r. En otra hoja de papel blanco dibuje una recta NN’ a la mitad de la hoja dibujar una flecha grande tal que como se muestra en la figura 4.5 coloca la superficie reflectora sobre la recta NN’, coloque un alfiler en la punta de la saeta. Con un eje cerca de la esquina inferior derecha del papel coloque una regla de modo que quede alineada con la imagen del alfiler, trace esta línea con un lápiz, mueva su eje hacia la izquierda del papel y marque otra línea del mismo modo. Quite el espejo y prolongue cada recta continua hasta NN’ y de trazos hasta MM’ hasta que se crucen. La intersección es el lugar donde parece estar al punto observado de la flecha, este lugar se llama imagen virtual del punto. Repita lo anterior para la parte inferior de la flecha. Uniendo con rectas las imágenes virtuales de los puntos del extremo superior, centro y extremo inferior de la flecha, construya la imagen virtual del símbolo.
M
N’
Figura 4.5. Trazo de la flecha.
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Coloque ahora dos espejos planos verticalmente formando un ángulo recto, como se ve en la figura 4.6 Ubica un alfiler objeto entre ellos, ¿Cuántas imágenes ve?, cambiar el ángulo a 50º y 30º, ahora ¿Cuántas imágenes ve?
Angulo Figura 4.6. Esquema de los espejos.
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
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16 10 8 6 5 4 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 1
.
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5. CUESTIONARIO 5.1 Sobre el proceso Naturaleza de la luz responda: 5.1.1 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 hecho de que se encuentre (o no) un valor de frecuencia?
Luego de realizar la TFR, se pudo ver que solo una fuente de la luz intervenía en el proceso de lectura. Además luego de realizar el ajuste correspondiente (ajuste sinusoidal), se obtuvo una frecuencia Hz, lo cual nos indica que existe variación de la intensidad luminosa del fluorescente y esta realiza forma periódica. 5.1.2 ¿Cuál es el comportamiento de la gráfica para la bombilla incandescente AC? Interprete
En el gráfico de la bombilla incandescente que como fuente de corriente (AC) los valores obtenidos no resultan constantes como caso de la corriente DC dándonos calores de picos positivos y negativos. Con valores de luminosidad entre 238 a 245 luz
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5.2 Sobre el proceso Variación de la intensidad de la luz responda:
5.2.1 Con los datos obtenidos determine la dependencia de la intensidad con la distancia. ¿Cuál ajuste escogería? ¿Por qué?
Se escogio el ajuste cuadratico invertido porque es el que mas se asemeja a la grafica obtenida despus de medicion. La dependencia de la intensidad con la distancia es que la primera es inversamente proporcional al cuadrado de la segunda magnitude
El ajuste realizado es el ajuste cuadrático inverso debido a que la intensidad de la onda luminosa disminuye mientras la fuente luminosa se va alejando. 5.2.2 Anote los valores resultantes del ajuste que escogió.
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5.2.3 ¿Qué es una fuente de luz isotrópica?
Una fuente isotrópica es aquella que emite uniformemente Luz en todas direcciones. Es una fuente cuyos frentes son esféricos, en los cuales la potencia es constante y no absorbe de energía. De este modo, la energía por unidad de tiempo se destruye uniformemente sobre el área esférica.
5.3
Sobre reflexión de la luz responda: 5.3.1 ¿Cuál es la relación entre el ángulo de incidencia y el de reflexión para un espejo plano?. Demuestre geométricamente.
En relacion entre estos dos angulos es 1
Los angulos geometricamente.
En la imagen podemos ver un ejemplo de los angulos.
5.3.1 ¿Cuáles son los valores de los ángulos de incidencia y reflexión respectivamente?
Los valores son de 40º en el sistema sexagesimal para cada tipo de ángulo. Por qué el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
•
La distancia en cualquier punto de la flecha es la misma a la de su superficie reflectora debido a que los ángulos de proyección tanto como de incidencia y reflexión son las mismas. Se deduce que la magnitud de ambas distancias siempre y cuando se trabaje con un espejo plano ya que la distancia. 17
En cualquier punto de la flecha es la misma a la de su superficie reflectora debido a que los ángulos de proyección tanto como de incidencia y reflexión son las mismas.
5.3.2 Indicar sus observaciones que la imagen virtual formada por un espejo plano es idéntica al objeto. De no ser así ¿Cómo describiría la diferencia entre ellos?
La imagen virtual de la flecha es el mismo, como caso ejemplar vemos que cuando uno se ve en el espejo el reflejo es idéntico a uno, pero la zona derecha del cuerpo será en su reflejo el lado izquierdo que es el reflejo, siendo de esta forma la imagen de la flecha dada, mencionando a todo esto como puntos reflectores.
Espejos Planos
5.3.3 Algunos instrumentos de medición tiene espejos planos es la escala colocada detrás del índice. El observador debe tomar la lectura cuando el índice esta exactamente sobrepuesta su imagen en el espejo ¿Por qué con este procedimiento se obtiene lecturas mas precisas?
Debido a la proyección de los ángulos de reflexión y son basadas de acuerdo a la ley de reflexión obteniendo valores más precisos. 18
5.3.4 Para el experimento de la formación de múltiples imágenes, esta cumple con la ecuación: Numero de imágenes = (360º / ángulo entre espejos) – 1 ¿Cuál es el número máximo que usted puede observar en esta configuración? ¿A qué ángulo corresponde?
Pertenece al maximo valor del angulo que vendria a ser 180º.
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6)
PROBLEMAS 6.1 Dos espejos planos están frente a frente, separados 2.2 m. Usted está de pie a 1.5 m de uno de esos espejos y se mira en él. ¿Verá imágenes múltiples de usted mismo, porque?. a) ¿A qué distancia de usted están sus tres primeras imágenes en el espejo enfrente suyo? b) ¿Estas tres primeras imágenes se enfrentan hacia usted o se alejan de usted?
1. Lo primero es que si ver imágenes múltiples ti mismo debido a que existen luz se puede decir que hasta infinita entre ambos espejos. 2. La primera imagen lógicamente está a 1.5m, la segunda y la tercera deberían verse más lejos, pero de igual forma siguen estando a 2.5m porque la distancia de uno mismo al espejo. 3. Este fenómeno hace que se vean las imágenes cada vez más lejos la imagen, la imagen cada vez más lejos mientras reflejada en el otro espejo y vuelve
6.2 The two mirrors illustrated in Figure meet at a right angle. The beam of light in the vertical plane P strikes mirror 1 as shown. (a) Determine the distance the reflected light beam travels before striking mirror 2. (b) In what direction does the light beam travel after being reflected from mirror 2?
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b) El haz se refleja desde el espejo 1º a 40º a la vertical, golpea el espejo 2 a 50º desde dejajo de la horizonal y se refleja 50º por encima del horizonte
7)
APLICACIÓN A LA ESPECIALIDAD (Se presenta dos aplicaciones tema realizado, aplicados a su especialidad).
L a fibra optica Tiene un ancho de banda mayor que el alambre de cobre, lo que significa que se puede transmitir mas informacion durante un periodo de tiempo fijo. Este incremento en la capacidad de trasportar informacion proporciona nuevas e importantes posibilidades, incluyendo la television interactiva y selecciones de canal por cables, en tres mil aplicaciones. 21
del
Un holograma Se genera al dividir una luz láser en dos: un haz de iluminación que interactúa con el objeto (haz objeto) y el que no interacciona (haz de referencia); ambos colisionan en un medio que los registra. Si usted observa la imagen grabada en un holograma no le será posible observar imagen de objeto alguno, solo observara un patrón de anillos concéntricos. Cuando dicho holograma se ilumina con el haz de referencia, una proyección tridimensional del objeto original aparecerá. Usted puede caminar alrededor de la proyección holográfica mirándola a diferentes ángulos al igual que lo haría con el objeto real; si trata de tocarla, comprobara que nada sustantivo se encuentra en ese espacio.
.
8)
OBSERVACIONES
1. El angulo formado por los espejos debe de estar bien unido. 2. No se debera mover el sensor de luz cuando se este midiendo ya que esto puede ocasionar un dato erroneo al momento de pasar al Caps tone. 3.
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9)
CONCLUSIONES
1. La variacion que existe en la curva de ajuste es por la intervencion de la luz ambiental que puede haber variado la toma de medidad; ademas puede existir errors en la lectura debido a objetos que refrecten la luz como la propia mesa 2. Se encuentra en relacion matematica de la forma exponencial inversa para la intensidad luminosa a medida que la distancia crece.
3. La intensidad de una onda luminosa tiende a disminuir mientras mas se aleja Del sensor llegando a si que una distancia de dicho numero es constante con el numero de dicho valor. 4. En cuanto a las imagenes formadas en un espejo va depender simpre del grado de angulo que tengan es decir, si el angulo es menor se obtendra mayor cantidad de imagenes y si el angulo es mayor el numero de imagenes sera menor.
10) BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA)
1. https://es.slideshare.net/diarmseven/espejos-2592320 2. https://es.scribd.com/doc/185052529/Lab-Fisica-7
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ANALISIS DE TRABAJO SEGURO ( ATS) N°
PASOS BASICOS DEL TRABAJO
DAÑO (RIESGO) PRESENTE EN CADA PASO
CONTROL DE RIESGO
1.
Ingreso al laboratorio.
Caídas, tropiezos.
Ingresar al laboratorio ordenadamente.
2.
Recibir las instrucciones del docente.
No atender las instrucciones trae consecuencias de no lograr nuestros objetivos de trabajo.
Es necesario atender las indicaciones del docente mientras explica cada paso del trabajo.
3.
Recibir todos los materiales para el trabajo.
Tener cuidado al recibir los materiales ya que pueden dañarse.
En orden y cuidado.
4.
Armar correctamente los materiales para tomar datos.
Armar los materiales cuidadosamente ya que pueden romperse.
Armar los materiales con las instrucciones que el docente menciona.
5.
Entregar correctamente los materiales.
Desarmar con cuidado los materiales sin que se dañen.
Esperar las indicaciones del docente.
6.
Salir con cuidado del laboratorio.
Pueden tener caídas, resbalones.
Salir ordenadamente-
GRUPO
3
ESPECIALIDAD
C3
Entregar al Docente en la sesión de Laboratorio
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CORDINADOR DEL GRUPO
