INGENIERIA ELÉCTRICA FÍSICA MODERNA
LABORATORIO DE FÍSICA MODERNA
TEMA: INTERFERENCIA DE ONDAS DE AGUA Y LUZ. PRÁCTICA N°
FECHA
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23/04/2018
TIEMPO: 2hr
INTEGRANTES
FIRMA
Bravo Ortega Angélica Belén.
[email protected] Cárdenas Narváez Julio César.
[email protected] [email protected] .ec Gómez Delgado Juan Diego.
[email protected] Gualpa Pérez Juan Carlos.
[email protected]
RESPONSABLE: Ing. SÁNCHES SÁNCHEZ CARLOS FELIPE.
1. RESUMEN En el presente documento se dará a conocer la interferencia de ondas de agua y luz y se analizará el comportamiento experimental de la onda, dentro de una cubeta de ondas. La práctica se enfoca en la observación de la generación y propagación de pulsos y ondas de tipo periódicas sobre la superficie del agua, donde al ser empleadas tanto la cubeta de ondas como el espectrómetro, se analiza este fenómeno con gran facilidad con el objetivo de verificar los fenómenos ondulatorios como son la reflexión, refracción y difracción de ondas. También se pretende explicar la interferencia entre ondas como también lo que es la luz y sus propiedades.
2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General:
Observar la interferencia entre ondas en diferentes medios.
2.2. Objetivos Específicos:
Calcular la longitud de onda de ciertos colores visibles al ojo humano. Replicar el experimento de Young para calcular la longitud de onda. Calcular el error entre la longitud de onda calculada y la normalizada. Visualizar las diferentes frecuencias de espectros de luz y reconocer los colores.
3. INTRODUCCIÓN La presente práctica tiene como propósito comprobar la Interferencia de Ondas de agua y luz, mediante una cubeta de ondas se puede generar ondas de tipo periódicas, las cuales nos permiten verificar los fenómenos ondulatorios de las ondas como son la reflexión, refracción y difracción de ondas. Para poder verificar el espectro de colores en la onda de luz se utiliza el espectrómetro el cual permite visualizar cada uno de los colores que forma el espectro visible.
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4. MARCO TEÓRICO Al estudiar la rama de la física llamada óptica, que se ocupa del comportamiento de la luz y otras ondas electromagnéticas, es posible alcanzar una apreciación más profunda del mundo visible. El conocimiento de las propiedades de la luz nos permite entender el color azul del cielo, el diseño de dispositivos ópticos tales como telescopios, microscopios, cámaras, anteojos y el ojo humano. Los mismos principios básicos de la óptica se encuentran en el corazón de los equipos modernos como el láser, la fibra óptica, los hologramas, las computadoras ópticas y las novedosas técnicas para obtener imágenes con fines médicos. La luz también se produce durante las descargas eléctricas a través de gases ionizados. El brillo azuloso de las lámparas de arco de mercurio, la luz amarillo naranja de las lámparas de vapor de sodio y los distintos colores de los anuncios de “neón” nos resultan familiares.
Propiedades de la luz Reflexión Cuando un rayo de luz llega a una superficie opaca, éste cambia de dirección y de sentido. Este hecho físico se conoce como con el nombre de reflexión. En la figura se tiene un rayo de luz incidente y un rayo reflejado, que es el que cambia de dirección y de sentido. La perpendicular a la superficie donde llega el rayo, se denomina normal. Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).
Los rayos incidente, reflejado y refractado, así como la normal a la superficie, yacen todos en el mismo plano. 1.
El plano de los tres rayos es perpendicular al plano de la superficie de frontera o limítrofe entre los dos materiales. Siempre se dibujan los diagramas de los rayos de manera que los rayos incidente, reflejado y refractado estén en el plano del diagrama. 2. El ángulo de reflexión u es igual al ángulo de incidencia u para todas las longitudes de onda y para cualquier par de materiales r
a
=
Ley de Reflexión
Refracción Es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. Cuando un rayo de luz llega a una superficie que separa dos medios que son transparentes a la luz pero de distintas propiedades, el rayo de luz sigue el mismo sentido pero cambia de dirección. El rayo incidente, cambia de dirección al pasar al otro medio y se convierte en rayo refractado. Como la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromática a través de un medio no paralelo, como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado dispersión refractiva. Si el medio es paralelo, la luz se vuelve a recomponer al salir de él. 2
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Ejemplos muy comunes de la refracción son la ruptura aparente que se ve en un lápiz al introducirlo en agua o el arco iris.
1.
Para la luz monocromática y para un par dado de materiales, a y b, en lados opuestos de la interfaz, la razón de los senos de los ángulos u y u , donde los dos ángulos están medidos a partir de la normal a la superficie, es igual al inverso de la razón de los dos índices de refracción a
b
sin = sin
Ley de refracción
Dispersión Newton probó que los colores no se debían a modificaciones la luz blanca, sino a que la propia luz blanca era una mezcla de luces de distintos colores. El fenómeno que separa una luz compuesta en sus colores se llama dispersión de la luz. El conjunto de luces dispersados se llama espectro luminoso u óptico. La dispersión puede producirse por ejemplo utilizando un prisma de vidrio o igualmente cuando la luz atraviesa las gotas de la lluvia. La dispersión tiene su origen en que el ángulo de refracción depende del índice de refracción y este, a su vez, de la velocidad de propagación, en consecuencia, de la longitud de onda. La formación del arco iris es un ejemplo familiar de la dispersión de la luz solar por refracción en gotas de agua.
La frecuencia f de la onda no cambia cuando pasa de un material a otro. Es decir, el número de ciclos de la onda que llegan por unidad de tiempo debe ser igual al número de ciclos que salen por unidad de tiempo; esto significa que la superficie de frontera no puede crear ni destruir ondas. La longitud de onda l de la onda, en general, es diferente en distintos materiales. Esto se debe a que en cualquier material v 5 lf ; como f es la misma en cualquier material que en el vacío y v siempre es menor que la rapidez c de la onda en el vacío, l también se reduce en forma correspondiente. Así, la longitud de onda 1 de la luz en un material es menor que la longitud de onda l0 de la misma luz en el vacío.
= 0
longitud de la onda de luz en un material
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Onda de luz A menudo se utiliza el concepto de frente de onda para describir la propagación de las ondas. Para describir las direcciones en las que se propaga la luz, a menudo conviene representar una onda luminosa por medio de rayos y no por frentes de onda. Los rayos se utilizaron para describir la luz mucho tiempo antes de que su naturaleza ondulatoria estuviera firmemente establecida. En la teoría corpuscular de la luz, los rayos son las trayectorias de las partículas.
5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 5.1. ESQUEMAS: en la siguiente figura se muestra el montaje del equipo para realizar la práctica , realizado en el Software AutoCAD.
Fig. 1 Reflexión De Ondas
Fig. 2 Refracción de Ondas
Fig. 3 Difracción de Ondas
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Fig. 4 Experimento de Young
5.2. PROCEDIMIENTOS Y MATERIALES 5.2.1. Procedimientos En cuanto al procedimiento de esta práctica con la ayuda de un generador de funciones se enviaba pulsos de aire para crear indas oscilantes en el agua y así poder visualizarlas como si fuesen ondas electromagnéticas, a estas ondas generadas en el agua se les interrumpía su oscilación mediante una rejilla doble o simple para así poder ver el principio de difracción de la onda mientras chocaba con dicha rejilla. Se pudo ver el principio como una onda plana se deformaba y se iba atenuando la señal, cosa similar que sucede con las ondas del wifi y se pierde cierta información de la señal analógica. En cuanto a la segunda parte de la práctica y de las ondas de luz, se vio mediante una luz monocromática y a través de diferentes filtros cómo esta se descomponía en sus espectros de frecuencia y así se pudo visualizar las gamas de colores que se tiene esta onda de luz.
5.2.2. Materiales Generador de Funciones. Lámpara estroboscópica. Cubeta de agua Rejillas. Interferómetro de Young.
5.3. RESULTADOS 5.3.1. Procedimiento En la siguiente tabla tenemos los datos para los cálculos de las longitudes de cada onda.
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Cálculos. d (mtrs) 2 x10-6 2 x10-6 2 x10-6 2 x10-6 2 x10-6 2 x10-6
D (mtrs) 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01
Y (mtrs) 0,265 0,295 0,320 0,350 0,370 0,395
λ (mtrs)
(calculado)
, , , , , ,
λ (Å) (calculado)
, , , , , ,
λ (mtrs)
Color
(Normalizado)
, , , , , ,
Violeta. Azul. Verde. Amarillo. Naranja. Rojo.
Tabla.1. Valores obtenidos y calculados.
Donde: Å = Angstrom. d = Separación de ranura. D= Distancia de pantalla. Y= Separación Máxima. = Longitud de Onda.
Formulas.
= √ · +² Á = √ +² | )·% = (|
APLICACIÓN. Resolución: Violeta.
= √ ,· = , = , Å ,²+,² , =, = − √ ,²+,² º
Azul.
= √ ,· = , = , Å ,²+,² , =, = − √ ,²+,² º
Verde.
= √ ,· = , = , Å ,²+,² , =, = − √ ,²+,² º
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Amarillo.
= √ ,· = , = , Å ,²+,² , =, = − √ ,²+,² º
Naranja.
= √ ,· = , = , Å ,²+,² , =, = − √ ,²+,² º
Rojo.
= √ ,· = , = , Å ,²+,² , =, = − √ ,²+,² º
Mediante los siguientes datos de información se obtiene el rango de error de la longitud de onda entre los valores reales y medidos. Para ello se realiza un promedio general de los datos proyectados en cada color.
Fig5. Valores nominales de longitud de onda .
RANGO DE ERROR. Resolución: Violeta.
=(+ ) = , |)·%=,% =(|, , , Azul.
=(+ ) = , |)·%=,% =(|, , , Verde 7
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=(+ ) = , |)·%=,% =(|, , , Amarillo.
=(+ ) = , |)·%=,% =(|, , , Naranja.
=(+ ) = , |)·%=,% =(|, , , Rojo.
=(+ ) = , |)·%=,% =(|, , , 5.4. MATERIAL SUPLEMENTARIO
Fig. 6 Indicaciones De la Práctica
Fig. 7 Reflexión de ondas
Fig. 8 Oscilaciones
Fig. 9 Reflexión de ondas a tarvez de un cristal
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Fig. 10 Espectro de frecuencias
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Fig. 51 Experimento de Young
5.5. CONCLUSIONES En este experimento se han estudiado los fenómenos de interferencia y difracción de la luz y se ha calculado su longitud de onda, mientras que en la red de difracción se ha calculado la distancia de separación entre rendijas. Esto ha sido posible mediante la simple de medida de las distancias en la pantalla entre los distintos mínimos o máximos de intensidad.
5.6. BIBLIOGRAFIA [1] Física Universitaria con Física Moderna de Sears Zemansky, 12 edición. [2] http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=3000 [3] http://www.fempatrimoni.cat/www-crista/OPTICA/7-interferencia.PDF [4] https://www.fisic.ch/contenidos/ondas-y-la-luz/difracci%C3%B3n-de-la-luz/
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