PRACTICA DE LABORATORIO N° 3 REFLEXIÓN TOTAL. EFECTO PFUND A. OBJETIVOS Estudiar la reflexión total de la luz Determinar el índice de refracción empleando el fenómeno de reflexión total, mediante el método de Pfund para reflexión en laminas plano – paralelas
B. MARCO TEÓRICO Sea una lámina plana-paralela cuya superficie inferior es difusora de la luz (figura 1). Un haz de luz incide sobre un punto P donde reflejara de forma difusa, en todas las direcciones. Parte de ella alcanzará la superficie superior de la lámina y será trasmitida al aire (rayo 1). Otra porción de la misma será reflejada, volviendo a incidir sobre la superficie difusora (rayo 2). Esta situación solo ocurre para ángulos de incidencia Ө inferiores al ángulo límite de reflexión total Өc. para valores superiores a este, no habrá componente transmitida en la interfase superior, siendo reflejada toda la luz incidente (rayo 3), volviendo a incidir nuevamente sobre la superficie difusora, convirtiéndose en focos difusores secundarios de intensidad muy i nferior a la del foco principal
Una característica del sistema es su simetría de revolución respecto a la normal a la superficie (eje de revolución que pasa por el punto P, en la figura 1). Esta situación implica que, visto desde arriba, se observa un punto P muy luminoso, originado por la incidencia directa del haz incidente rodeado por un circulo de intensidad moderada (circulo oscuro) procedente de la reflexión parcial de los rayos que inciden en la superficie superior con el ángulo inferior al de reflexión total. Finalmente se observa en la periferia una región iluminada más débilmente. El diámetro del circulo escuro esta relacionado con el espesor de la lamina plano-paralela y los índices de refracción de los medios que forman la interface. i nterface. La ley de Snell permite calcular el ángulo limite en función de los índices de refracción de los medios que separa la interface: Para nuestro caso, podemos obtener el ángulo limite en función de H: espesor de la lamina y D: diámetro de la zona de iluminación débil
C. EQUIPOS Y MATERIALES Laminas planos- paralelas de vidrio 1 puntero laser 1 venier o pie de rey 1 estanque de agua Papel milimetrado
D. DIAGRAMA DE INSTALACI IN STALACIÓN ÓN
E. TOMA DE DATOS Diámetro (D) Altura (h) 7mm 2mm 11mm 3mm 15mm 4mm 22mm 6mm 28mm 8mm F. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES 1. ¿Qué ocurre si la luz incidente NO incide perpendicularmente? Aumenta el diámetro cuando hacemos incidir el haz de luz con un angulo diferente a la perpendicular 2. Repita los pasos del procedimiento utilizando el recipiente con ¾ de agua, ¿Qué ocurre? No se observo un aro de reflexión, o era muy difusa como para poder medir el aro G. ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES 1. Con los datos obtenidos, halle el índice de refracción del vidrio , para cada caso considerando el índice de refracción del aire (1). Complete la siguiente tabla.
Diámetro (mm) 5 11 15 22 27
Altura (mm) 1 2 3 5 10
Índice de refracción 1.28 1.24 1.28 1.35 1.79
Angulo critico ( ) 51.34° 53.97° 51.34° 47.73° 34.02°
̅ ±∆. ± ∆. | − |
2. Halle el valor promedio del índice de refracción Índice de refracción 1.28 1.24 1.28 1.35 1.79 6.94
N°
1 2 3 4 5 ∑
0.108 0.148 0.108 0.038 0.402 0.804
0.0117 0.0219 0.0117 0.0014 0.1616 0.208
3. Grafique D en función de H. escriba la ecuación de la curva que se ajusta mejor a su gráfica. 12 y = 0.3816x 0.3816x - 1.905 1.9053 3 R² = 0.8713
10 8 6 4 2 0 0
5
10
15
20
25
4. Obtenga el valor de los parámetros de la curva mediante el método de mínimos cuadrados. N° 1 2 3 4 5 ∑
D=X(mm) 5 11 15 22 27 81
H=Y(mm) 1 2 3 5 7 18
XY(
²) 5 22 45 110 196 378
²(
)² 25 121 225 484 729 1584
) ( ) −−∑(∑)²∑ 55((378378) − 18( 18 81) 81 ∑∑ −∑ 6.409 ) ( ) 1584) 1584 − 81) 81 ) ²² −− ∑(∑)²∑ 18(85((1584 1584) −81(378) ∑ ∑∑ ²− 1584)) −(81)² 0.228 1584
30
5. ¿Cuál es el significado físico de los dichos parámetros? A esta en función de los índices de refracción del vidrio y del aire B esta representando el error cometido en toma t oma de datos
± ( ) ∑ ( ) − − = ( ) √ ( − 2)2) ∑= ( − ) ( ) 1.368 368 ± 0.128 128
6. Escriba el valor final del índice de refracción del vidrio con su respectiva incertidumbre (hallada por los mínimos cuadrados)
7. De los calores hallados para el índice de refracción del vidrio ¿Qué valor Ud. Daría como la respuesta? ¿Por qué? 1.368, por que es el valor que mas se aproxima al índice de refracción ya establecido del vidrio
H. CONCLUSIÓN Que a mayor grosor del vidrio el índice de refracción del vidrio aumentara y también con eso el diámetro del aro, y con el agua la refracción es muy difusa como tener una medida del diámetro. I.
SUGERENCIAS La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consistente en un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser un láser o un diodo led. Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de la radio y superiores a las de un cable convencional. Son el medio de transmisión por cable más avanzado, al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, y también se utilizan para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.
