Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería División de Ciencias Básicas Departamento Departamento de Física Semestre 2019-1
Nombre del Profesor: QUINTANAR CORTES LUIS ENRIQUE MC.
om re comp e o e a umno Carranza Castillo Mario
rma
Díaz Rojas José Martín Huerta Aguilar Giovanni Zarate Torres Alfonso Tadeo
mero e r ga a: ec a e a orac n:
6
23/Agosto/2018
rupo: 2
Contenido
Abstract resumen. Marco teórico. Objetivo.
.........................................................................................................................3
...............................................................................................................................3
..........................................................................................................................................4
Material............................................................................................................................................4 Desarrollo.
.......................................................................................................................................5
Experimento I. Rapidez de propagación y energía de un fotón de onda electromagnética. ...................................................................................................................5 Procedimiento.
......................................................................................................................5
Actividades.............................................................................................................................5 Sugerencias.
...........................................................................................................................6
Experimento II. Proporción visible del espectro electromagnético. Dispersión de la luz. .............................................................................................................................................6 Procedimiento.
......................................................................................................................6
Actividades.............................................................................................................................6 Sugerencias.
...........................................................................................................................7
Resultados y análisis. Actividad 1.
...................................................................................................................8
................................................................................................................................8
Actividad 2 y 3.
..........................................................................................................................8
Actividad 4.
................................................................................................................................8
Actividad 5.
................................................................................................................................9
Actividad 6.
................................................................................................................................9
Actividad 7.
................................................................................................................................9
Actividad 8.
..............................................................................................................................10
Actividad 9.
..............................................................................................................................10
Actividad 11. Bibliografía.
............................................................................................................................10
...................................................................................................................................12
Abstract resumen. En esta práctica se realizaron dos experimentos en el primero se analiza la rapidez de propagación de una onda electromagnética y el siguiente la porción visible del espectro electromagnético. Para el primer experimento se obtiene que la posición por cada valle es de 1 a 5 está de 0.056±0.05 a 0.059±0.05 y también se determinó la longitud de onda, con la longitud de onda se determinó la velocidad de propagación de la onda con un promedio de 0.0288 ± 0.0005, con esto calculamos la velocidad de propagación 303120000 ±282850.876 En el segundo experimento se observó la descomposición de luz dejándonos ver que el ángulo de incidencia en el cual se vio más nítido el espectro fue de 8°± 0.5°. Y que los colores que observamos en el experimento fueron el rojo con un ángulo de 30± 0.5° grados, el color azul con un ángulo de 33°± 0.5° y el morado de 36°± 0.5°, con esto podemos decir que un color se desvía más que otro debido a la longitud de onda que este posee.
Marco teórico. La longitud de onda es la distancia desde la cima de una cresta hasta la cima de la siguiente cresta. O también la longitud de onda es la distancia entre dos partes idénticas de la onda. la frecuencia de la onda Es la rapidez de repetición en una vibración (una oscilación completa de ida y vuelta) el perfil de una onda sinusoidal. Para determinar la rapidez de propagación de la onda hay que saber que el periodo es el tiempo que tarda en producirse una nueva onda, y la longitud de onda la distancia entre dos crestas o valles de dos ondas consecutivas. Por lo tanto, la velocidad de la onda se define como la longitud de onda dividida por el periodo. Gráficamente esto es:
El esquema del espectro de la radiación electromagnética detallando los colores que componen la porción visible.
Objetivo. 1. Determinar la longitud de onda, la rapidez de propagación y la energía del fotón de una microonda. 2. Conocer los elementos básicos que componen el sistema de óptica con el que se cuenta en el laboratorio y adquirir habilidad en su manejo. 3. Reproducir el fenómeno de la dispersión de la luz y observar la proporción visible del espectro electromagnético.
Material. ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖
Emisor de microondas de 10.525 [GHz] ± 5 % Receptor de microondas de 10.525 [GHz] ± 5 % Goniómetro con su riel porta-componentes Eliminador de baterías Transportador de plástico (para emisores y receptores que no tienen goniómetro) Fuente de luz incandescente Banco óptico Transportador angular Porta componentes estándar Porta componentes especial Abertura rectangular Pantalla con escala milimétrica Prisma de vidrio 45° 90° 45°
Desarrollo. Experimento I. Rapidez de propagación y energía de un fotón de onda electromagnética. Procedimiento. 1. Para producir un patrón de ondas estacionarias coloque el equipo como se muestra en la figura 2.1, procurando que el emisor y el receptor se encuentre lo más cerca posible. Ajuste los controles del receptor hasta obtener una lectura a una escala completa.
2. Desplace el receptor a lo largo del riel del goniómetro, alejándolo del emisor. Actividades. 1. Describa lo que sucede con la lectura indicada en la carátula del medidor del receptor. Regrese el receptor a la posición en que se tuvo la lectura a escala completa y registre su posición. Desplace el receptor hasta que la aguja del medidor cruce por cinco valores mínimos, correspondientes a cinco nodos consecutivos. Finalmente, coloque el receptor en la posición del siguiente valor máximo (contiguo al quinto valor mínimo) registre su posición final. Repita el proceso del punto anterior como mínimo seis veces y elabore una tabla en que se registren: las posiciones inicial y final del receptor, la distancia entre éstas y el número de valores mínimos (5) que fueron cruzados. 2. Con base en la tabla obtenida, determine el valor promedio de la longitud de onda, de las microondas, con su incertidumbre.
3. Determine la rapidez de propagación de las microondas, con su incertidumbre, considerando la actividad anterior y las especificaciones del equipo. 4. Determine la energía de un fotón de la radiación empleada, en las unidades joule [J] y electrón-volt [eV]. Sugerencias. ❖ Colocar el receptor sobre una superficie lisa para que se pueda mover de manera más suave. ❖ Corroborar que la aguja de medida oscile. ❖ Medir la distancia para diferentes antinodos pares para así poder determinar la longitud de onda. ❖ Corroborar que cada vez que se mueva, el goniómetro indique que están completamente alineados. ❖ Calibrar el receptor para cada prueba.
Experimento II. Proporción visible del espectro electromagnético. Dispersión de la luz. Procedimiento. 1. Disponga el equipo como se muestra en la figura 2.2 asegúrese de que la línea de 0° a 180° del goniómetro del transportador angular corra paralela a lo largo del eje longitudinal del banco óptico.
Actividades. 5. Describa los ajustes necesarios indicados por el profesor para conseguir un haz de luz estrecho y centrado en la pantalla milimétrica. Coloque el prisma de vidrio sobre la mesa giratoria del transportador angular como se muestra en la figura 2.3.
Gire muy lentamente la mesa giratoria en el sentido de las manecillas del reloj, hasta que aparezca un haz transmitido por la cara 2. Localice el haz transmitido proyectándolo sobre una hoja de papel blanco aproximadamente a 15 [cm] del transportador angular y observe los colores que lo componen. 6. Registre el valor del ángulo de incidencia para el cual logró la visión más nítida del espectro. 7. Elabore un esquema de los colores observados, indicando cuál de ellos tiene mayor ángulo de desviación con respecto al haz de luz incidente en el prisma, así como el que tiene el menor ángulo de desviación. 8. Investigue en la bibliografía sugerida los fenómenos de la refracción y la dispersión y descríbalos brevemente. 9. Con base en la actividad 8 explique por qué, en el experimento con el prisma, un color se desvía más que otro. 10. A nivel cualitativo ¿qué relación existe entre la longitud de onda de un haz de luz y el ángulo de desviación al atravesar el prisma? 11. Con base en lo observado en esta práctica y a nivel cualitativo, ¿cómo varía la rapidez de propagación de la luz con respecto a su longitud de onda en un medio dieléctrico transparente como el vidrio?
Sugerencias. Fijarse en que, al poner los componentes sobre la base, ajusten bien, ya que • están diseñados para que entre perfectamente y no haya ningún inconveniente Alejar la abertura móvil y el brazo móvil de la luz, para así poder visualizar un • mejor efecto. Manejar con mucho cuidado el prisma, tomarlo de las aristas. •
Resultados y análisis. Actividad 1. Cuando el receptor de aleja de manera uniforme del emisor, la aguja de intensidad oscila en el punto que fue calibrado, de esta manera sabemos que al alejarnos o acércanos encontramos los picos (donde la aguja sale de rango) y los mínimos (en el valor mínimo que apunta la aguja) Nota: Se midió la distancia para cada uno de los valles en 6 periodos completos, ya que el receptor oscilaba muy poco y se quería determinar si las mediciones eran las correcta.
Posición para cada valle [m] Núm. de expe rimen to
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77
Actividad 2 y 3.
[]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.059 0.057 0.057 0.058 0.059 0.056 0.058 0.058 0.056 0.058 Promedio
1 0.780 0.779 0.778 0.778 0.777 0.779 0.780 0.780 0.779 0.778
2 0.795 0.794 0.794 0.791 0.794 0.794 0.792 0.793 0.794 0.794
[]
3 0.810 0.809 0.807 0.807 0.807 0.807 0.807 0.807 0.807 0.807
[]
0.0295 0.0005 0.0285 0.0005 0.0285 0.0005 0.0290 0.0005 0.0295 0.0005 0.0280 0.0005 0.0290 0.0005 0.0290 0.0005 0.0280 0.0005 0.0290 0.0005 0.0288 0.0005
6 0.853 0.850 0.851 0.851 0.850 0.850 0.850 0.851 0.850 0.852
∆ 1 5 ∆ 2 6
[]
[]
1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10 1.0525E+10
526250000 526250000 526250000 526250000 526250000 526250000 526250000 526250000 526250000 526250000 Promedio
310487500 299962500 299962500 305225000 310487500 294700000 305225000 305225000 294700000 305225000 303120000
20786875 20260625 20260625 20523750 20786875 19997500 20523750 20523750 19997500 20523750 282850
4 0.823 0.823 0.822 0.820 0.821 0.822 0.821 0.821 0.820 0.822
5 0.839 0.836 0.835 0.836 0.836 0.835 0.836 0.836 0.835 0.836
0.059 0.057 0.057 0.058 0.059 0.056 0.056 0.056 0.056 0.058
0.058 0.056 0.057 0.060 0.056 0.056 0.058 0.058 0.056 0.058
Actividad 4. Determine la energía de un fotón de la radiación empleada, en las unidades joule [J] y electrón-volt [eV]
= ℎ ℎ ≈ 6.6310− [ ] ó 4.1210− [ ] = 303120000 ms = 0.0288 [] − ∗303120000 6.6310 − ±710− [ ] = = 697410 0.0288 − ∗303120000 = 435210− ± 410− [] = 4.1210 0.0288 Actividad 5. Describa los ajustes necesarios indicados por el profesor para conseguir un haz de luz estrecho y centrado en la pantalla milimétrica. Primero que nada, debíamos armar el sistema de acuerdo con la práctica, después poner la pantalla milimétrica sobre el brazo móvil y que todas las líneas de referencia de cada instrumento coincidieran en una línea recta, al encender la luz lo que hicimos fue alejar la abertura rectangular, junto con el brazo móvil para obtener un haz de luz vertical y que fuera lo más delgado posible. Actividad 6. Registre el valor del ángulo de incidencia para el cual logró la visión más nítida del espectro.
0.5°.
El ángulo de incidencia en el cual se vio más nítido el espectro fue de
8.0°±
Actividad 7. Elabore un esquema de los colores observados, indicando cuál de ellos tiene mayor ángulo de desviación con respecto al haz de luz incidente en el prisma, así como el que tiene el menor ángulo de desviación.
Ángulos: Rojo: 30.0° 0.5°
Azul: 33° 0.5°
Morado: 36° 0.5°
Actividad 8. Investigue en la bibliografía sugerida los fenómenos de la refracción y la dispersión y descríbalos brevemente. El fenómeno de refracción se produce cuando la luz pasa de un medio transparente a otro, originándose un cambio en la dirección debido a la diferencia de velocidades de propagación debido a los diferentes medios materiales. Es preciso mencionar que si se divide la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad que posee en un medio transparente se obtiene el índice de refracción. El fenómeno de dispersión se origina cuando un rayo de luz compuesta refracta en algún medio, separándose en sus colores que la conforman. Sumado a ello la causa de su origen radica en que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la longitud de onda de modo que las longitudes de onda más largas se desvían menos que las cortas. Actividad 9. Con base en la actividad 8 explique por qué, en el experimento con el prisma, un color se desvía más que otro. Un color se desvía más que otro debido a la longitud de onda que este posee, en donde el índice de refracción disminuirá ante las longitudes de onda más largas como las de color rojo y el índice será mayor ante ondas cortas como las de color azul, por eso al realizar el experimento se observó que el ángulo de desviación del color azul era mayor al de color rojo. Actividad 10. A nivel cualitativo ¿qué relación existe entre la longitud de onda de un haz de l uz y el ángulo de desviación al atravesar el prisma? Se encuentran relacionadas por el índice de refracción, en el cual se divide la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad que posee en el medio por el cual pasa, en este caso los colores que poseen una longitud de onda más larga se desvían menos, mientras que los colores que poseen una longitud más corta sus desviaciones serán mayores. Actividad 11. Con base en lo observado en esta práctica y a nivel cualitativo, ¿cómo varía la rapidez de propagación de la luz con respecto a su longitud de onda en un medio dieléctrico transparente como el vidrio? La velocidad disminuye, además de ello cuando pasa por un medio como el vidrio debido a la longitud de onda que posee, sufre dispersión cromática, en la cual nos indica que colores como el rojo poseen una longitud de onda mayor comparada contra el color azul o violeta.
Conclusiones. Carranza Castillo Mario. Con el desarrollo de la práctica se logró determinar la longitud de onda y con ello la velocidad de propagación de la onda, en el caso de la longitud se obtiene un promedio de 0.0288 ± 0.0005 , con el cual se logró determinar la velocidad de propagación la cual es de 303120000 ± 282850 , es preciso mencionar que los errores inherentes que se generaron en el desarrollo de la práctica, como lo son la medición de los datos la calibración del equipo genere que los datos contengan errores que afectaran en el resultado final debido a que la velocidad esperada era de 300000000 , y se obtuvo un resultado superior al mencionado. en el segundo experimento con el correcto manejo del equipo se logró obtener la dispersión de colores del espectro electromagnético, observando que como es mencionado en la teoría, las ondas que poseen longitudes de onda más largas tienen un Angulo de desviación menor al que presentan las ondas que tienen longitudes de onda menores, las cuales presentan un ángulo de desviación mayor como se logró observar en la práctica, en donde el color azul presento un ángulo de desviación de 8° , siendo el color que mayor desviación tenía; con lo cual podemos decir que el objetivo del segundo experimento se consiguió satisfactoriamente.
Díaz Rojas José Martín. En el desarrollo de esta práctica, se realizaron 2 experimentos; para el primer experimento se determinó la rapidez de propagación de una onda electromagnética, la cual obtuvimos un valor experimental de 303120000 ±
,
282850
esta velocidad se puede comparar con la velocidad teórica de
propagación en el vacío (el cual es un medio parecido al del aire), la cual es de 300,000,000
y podemos corroborar que este valor se encuentra dentro de un
valor aceptable, el error causado a esto se debe a que la distancia entre valles no era la más precisa ya que se determinaba cuando la manecilla del receptor dejaba de decrecer y volvía a crecer (en el punto de inflexión). Para el segundo experimento se realizó un experimento para lograr realizar la refracción de la luz, para este experimento se ocupó un prisma triangular con el cual se descompuso la luz en su espectro, para lograr el espectro nítido se colocó el prisma a 8° 0.5° de giro con respecto a la recta paralela de la dirección de la luz, y de esta manera se pudo observar la descomposición y observar diferentes colores como rojo, azul y morado.
Huerta Aguilar Giovanni. En esta práctica se realizaron dos experimentos, en el primer experimento se determinó la rapidez de propagación de onda con ayuda de un receptor y un emisor de 10.525 [GHz] ± 5 %, entonces al alejar el receptor del emisor, se notaba una pequeña variación a medida que se avanzaba, estas representan los valles de
la onda, entonces por motivos de que no se apreciaba muy bien en el medidor esas variaciones, lo que se nos ocurrió fue medir valle a valle en lugar de intervalos de longitud de onda. Al hacer los cálculos necesarios, nos dio que el promedio de longitud de onda es de 0.0288 ± 0.0005 y con esto, ya teníamos todo para sacar
[]
la rapidez de propagación que nos dio de 303120000 ± 282850 comparación con el valor teórico de 300000000 justificar con lo anterior dicho.
que
en
se aproxima y el error se puede
Para el segundo experimento al armar el equipo como se dice en la práctica, con ayuda del prisma triangular encontramos el ángulo en el cual se logra ver la descomposición de la luz en su espectro que fue de 8° 0.5° y en consecuencia observamos los colores rojo, azul y morado, comprobando que el color rojo como tiene una longitud de onda más larga con respecto a los demás, su ángulo era el menor (30.0° 0.5°) y por otro lado el morado con su longitud de onda menos larga, tiene un ángulo mayor(36.0° 0.5°).
Zarate Torres Alfonso Tadeo Se realizaron dos experimentos en el primero se determinó la rapidez de propagación de una onda y en el segundo se vio la dispersión de la luz en el espectro electromagnético, aunque solo se vio una pequeña parte. Para el primer experimento obtuvimos la rapidez de propagación de una onda a nivel experimental obtuvimos que es 303120000 ± 282850[m/s], esta se puede comparar con el valor teórico que es 300000000[m/s], podemos ver que se aproxima que hay un error este se pudo haber dado en la forma que cuando alejábamos el emisor del receptor solo veíamos cuando la flecha cambia de posición y esto no era muy preciso como para obtener el punto de infección. En el segundo experimento encontramos el ángulo en el cual observamos la descomposición de la luz a través del prisma triangular dicho ángulo fue 8°± 0.5° y con esto pudimos observar tres colores el rojo, azul y morado, con esto comprobamos que el morado con su longitud de onda que es más pequeña respecto a la de los colores azul y rojo tuvo un ángulo mayor de 36.0° ± 0.5°.
Bibliografía. •
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Paul G.Hewitt, Física Conceptual(Décima edición )Pearson Educación, México 2007.Pginas:824 Resnick R, Halliday D, y Krane K. S. (1997); FISICA. Tercera edición, México. CECSA Raymond A. Serway (2010): Fundamentos de Física Vol. 1. Octava edición, México. Cengage Learning
