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Medición del índice de refracción y Medición del índice de refracción de un material en forma de prisma
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LABORATORIO DE FISICA FISICA 3

INFORME NRO. 1 PROFESOR: GRUPO: INTEGRANTES:    

C.I.: C.I.: C.I: C.I.:

CICLO: 1 AÑO: 2021

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Cátedra Física 3

Experiencia N. ª 1: A) Medición del índice de refracción B) Medición del índice de refracción de un material en forma de prisma INDICE PUNTOS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

DESCRIPCION ÍNDICE OBJETIVO MARCO TEORICO MATERIALES MONTAJE PROCEDIMIENTO MEDICIONES Y CALCULOS GRÁFICOS CONCLUSIONES INVESTIGACIÓN

PÁGINA 1 2 2 3 3 4 4 5 5 5

REVISIÓN

FECHA

1.

OBJETIVO

Visualizar la desviación mínima que puede sufrir la luz al atravesar un prisma, y medir el índice de refracción del material. 2.

MARCO TEORICO

La dispersión de la luz al pasar por un prisma, es producto de que la onda de luz blanca está compuesta de variadas longitudes de ondas, pero que al ingresar dentro del medio experimentan distinta velocidad, producto que tienen diferente longitud de onda cada color que compone la luz blanca. Para el presente análisis consideraremos sólo luz monocromática, el que tendrá un índice de refracción característico del prisma. Tenemos una primera interacción, donde el rayo incidente es θ1 es el ángulo incidente, δ1 es el ángulo de refracción. De la misma forma para la segunda interfaz. Hay prismas de muchos tamaños y formas que desempeñan numerosas funciones. Un grupo importante se denomina prismas de dispersivos. Un rayo atraviesa un prisma, entonces saldrá del prisma luego de desviarse de su dirección original en un ángulo δ que denominamos desviación angular, donde la desviación angular seria el ángulo que forma la prolongación del rayo incidente con el emergente. 3.

MATERIALES - Fuente de luz monocromática. Láser - Prisma - Goniómetro - Pantalla

4.

MONTAJE

Colocar el prisma sobre la base del goniómetro y hacer pasar la luz monocromática a través del mirador fijo del mismo. La luz transmitida por el prisma debe pasar por el mirador móvil del goniómetro e incidir en la pantalla. Se hará la determinación del índice de refracción del material del prisma por el método de desviación mínima (trigonométricamente). Experimental y teóricamente se puede demostrar que el ángulo de desviación que un prisma produce a un haz de luz, pasa por un mínimo cuando se hace variar el ángulo de incidencia. En el momento en que la desviación alcanza su mínimo valor, se comprueba que el ángulo de incidencia en la primera cara del prisma es igual al ángulo de emergencia en la segunda cara, es decir, i = e.

5.

PROCEDIMIENTO a) Ingresa al siguiente link: https://phet.colorado.edu/sims/html/bendinglight/latest/bending-light_es.html b) Seleccionar la ventana que dice prismas. c) Seleccionamos el medio y el tipo de material del prisma y el prisma a utilizar. d) Hacemos rotar el prisma para encontrar el ángulo de desviación mínima. e) Tildamos la casilla que dice transportador y medimos el ángulo obtenido. f) Con el ángulo obtenido procedemos al calcular el índice de refracción del material

6.

MEDICIONES

Angulo de refringencia: A = ...60º...... Nro. Medición 1 2 3 4

L1 90 90 90 90

L2 127 130.5 129 126.5

n (real) 1,5

m 37 40.5 39 36.5

n (calculado) promedio

n 1.497 1.537 1.521 1.492

E (%)

El ángulo “m” se denomina como ángulo de desviación mínima, y está relacionado con el ángulo de refringencia del prisma y con su índice de refracción mediante la ecuación: δ m+ A sin 2 n= A sin 2 El índice de refracción de un sólido transparente puede medirse utilizando la expresión mencionada. A  i

7.

e

GRAFICOS

En el informe se debe presentar las capturas de pantallas década una de las refracciones obtenidas en el prisma, indicando en cada caso los valores de las desviaciones mínimas. (una captura por integrante).

1)

2)

3)

4)

8. CONCLUSIONES En esta experiencia nos fueron posible las mediciones casi exactas para cada valor según nuestro material preterminado, hallando para cada valor una desviación mínima sobre un prisma triangular 9.

INVESTIGACION

1. Deducir la relación que existe entre el índice de refracción de dos medios con respecto a las velocidades de propagación y longitudes de onda. 2. Analizar cuando se produce la desviación mínima en un prisma. Deducir la fórmula de índice de refracción en función de la desviación mínima. 3. Explicar el fenómeno de dispersión. Analizar qué color se dispersa más. Justificar. 4. Describir el Principio de Huygens. 5. Fibras ópticas: descripción, principios físicos y aplicaciones. ............

INDICE

PUNTOS 1. 2. 3. 4.

DESCRIPCIÓN ÍNDICE OBJETIVO MARCO TEÓRICO MATERIALES MONTAJE

PÁGINA

REVISIÓN

FECHA

5. 6. 7. 8. 9.

PROCEDIMIENTO MEDICIONES Y CÁLCULOS GRÁFICOS CONCLUSIONES INVESTIGACIÓN

OBJETIVO Visualizar el fenómeno de refracción de la luz, y calcular el índice de refracción del medio analizado. 2. MARCO TEORICO Mucho es lo que se sabe con respecto a la energía radiante, pero existe suficiente misterio para sugerir que un estudio continuado de la radiación puede conducir a descubrimientos importantísimos. El mecanismo mediante el cual la energía radiante se transmite a través del vacío constituye todavía un desafío para nuestra inteligencia. Los dos aspectos aparentemente contradictorios de la radiación, la cual a veces se comporta como un fenómeno ondulatorio y otras veces exhibe las características de partículas, actualmente están bien estudiadas individualmente, y puede establecerse una teoría que abrace ambos aspectos de la luz. Óptica es la parte de la ciencia que trata de la luz, de sus fuentes, de su propagación y de los efectos que sufre y produce. La Óptica Geométrica, es la rama que trata de la propagación de la luz en función de los rayos, los cuales son líneas rectas en medios ópticamente homogéneos. Un objeto es visto debido a la luz que del mismo llega al ojo. Si el objeto no tiene luz propia se ve solamente por la luz que refleja. En general, parte de la luz que llega a una superficie es reflejada mientras que la restante pasa dentro de la materia donde puede ser completamente absorbida (material opaco), o bien parte absorbida y parte transmitida (material translúcido). Se define como índice de refracción de una sustancia a la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia: n = C / V (“n” índice de refracción de la sustancia; “C” velocidad de la luz en el vacío; “V” velocidad de la luz en el medio considerado). Cuando la luz se refracta en la superficie de separación de dos sustancias de distintos índices de refracción, interesa frecuentemente que la fracción refractada sea lo más grande posible. Si la luz sale de un objeto ubicado en un medio “a” e incide en la superficie de separación de los medios bajo un ángulo de incidencia “i” con la normal, la luz se refracta un el medio “b” con un ángulo de refracción “r”, tal que: n a. sen i = nb. sen r, relación que se conoce como Ley de Snell.

3.

MATERIALES - Recipiente con mirillas, adosado a un disco graduado - Líquido transparente (agua), del cual se desea medir el índice de refracción - Alambre delgado como objeto 4.

MONTAJE Se agrega agua en el recipiente hasta la mitad aproximadamente y se coloca el objeto en la pared del recipiente opuesta a la mirilla que posee. Puede visualizarse el objeto en el aire o en el agua. Para visualizar en el aire se mira a través de la primera mirilla, por encima del agua, haciendo coincidir las tres marcas. De igual modo se procede para visualizar en el agua, pero mirando por debajo de la superficie de la misma.

5. PROCEDIMIENTO g) Ingresa al siguiente link: https://phet.colorado.edu/sims/html/bendinglight/latest/bending-light_es.html h) Seleccionas la ventana que dice Introducción. i) Escoge dos medios diferentes, tales que el de menor índice de refracción quede en la mitad superior del simulador. (cada integrante del grupo deberá realizar al menos una variación del ángulo para cada combinación de los medios elegidos) j) Completa la tabla con los datos solicitados k) Repite el procedimiento para la combinación 2 (en este caso el de mayor índice de refracción quede en la mitad superior del simulador) l) Repite el procedimiento para la combinación misterio (es indistinto el orden de los medios analizados). 6.

MEDICIONES Llenar los datos de mediciones realizadas en las siguientes planillas:

Combinación 1

i

r

N1

1

75

46

1

N2 1.33

2

60

41

1

1.33

3

40

28

1

1.33

4

20

15

1

1.33

Combinación 2

i

r

N1

1

70

0

1.33

N2 1

2

40

57

1.33

1

3

25

33

1.33

1

4

20

25

1.33

1

Combinación Misterio

i

r

N1

Nmisterio

1

10

11

1.5

1.33

2

25

27

1.5

1.33

3

55

66

1.5

1.33

4

80

0

1.5

1.33

7..

GRAFICOS

Combinación 1

Combinación 2

Combinación Misterio

8.

CONCLUSIONES Para determinar cada valor de nuestro trabajo utilizamos el navegador sugerido para que así cada integrante pudo dar conocimiento a 9. INVESTIGACION 1. Citar las teorías sobre la naturaleza de la luz. Resumir cada una de ellas. 





Teoría Corpuscular La luz consistía en un flujo de pequeñísimas partículas o corpúsculos sin masa, emitidos por las fuentes luminosas, que se movía en línea recta a gran rapidez. Gracias a estos fotones eran capaces de atravesar los cuerpos transparentes, lo que nos permitía ver a través de ellos. En cambio, en los cuerpos opacos, los corpúsculos rebotan por lo cual no podemos observar los que habría detrás de ellos. Esta teoría explicaba con éxito la propagación rectilínea de la luz, la refracción y la reflexión, pero no los anillos de Newton, las interferencias y la difracción. Además, experiencias realizadas posteriormente permitieron demostrar que esta teoría no aclaraba en su totalidad la naturaleza de la luz Teoría Ondulatoria Esta teoría postula que la luz emitida por una fuente estaba formada por ondas, que correspondían al movimiento específico que sigue la luz al propagarse a través del vacío en un medio insustancial e invisible llamado éter. Además, índica que la rapidez de la luz disminuye al penetrar al agua. Con ello, explica y describe la refracción y las leyes de la reflexión. Teoría Electromagnética Explica que los fenómenos eléctricos están relacionados con los fenómenos magnéticos. señala que cada variación en el campo eléctrico origina un cambio en la proximidad del campo magnético e, inversamente. Por lo tanto, la luz es una onda electromagnética trasversal que se propaga perpendicular entre sí. Este hecho permitió descartar que existiera un medio de propagación insustancial e invisible, el éter, esta teoría deja sin explicación fenómenos relacionados con el comportamiento de la luz en cuanto a la absorción y la emisión: el efecto fotoeléctrico y la emisión de luz por cuerpos incandescentes. Lo anterior da pie a la aparición de nuevas explicaciones sobre la naturaleza de la luz.





Teoría de los cuerpos negros Establece que los intercambios de energía entre la materia y la luz solo son posibles por cantidades finitas o cuantos de luz, que posteriormente se denominan fotones. La teoría tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenómenos de tipo ondulatorio, como son las interferencias, las difracciones, entre otros. Mecánica Ondulatoria (Punto de vista actual) Esta teoría reúne tanto la teoría electromagnética como la de los cuantos heredadas de la teoría corpuscular y ondulatoria, con lo que se evidencia la doble naturaleza de la luz. Así, la luz, en cuanto a su propagación, se comporta como onda, pero su energía es transportada junto con la onda luminosa por unos pequeños corpúsculos que se denominan fotones. Esta teoría establece, entonces, la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción con la materia (proceso de emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética de su propagación.

2. Definir: 









Índice de Refracción Absoluto Se llama índice de refracción absoluto "n" de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío, "c", y la velocidad que tiene la luz en ese medio, "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad, es una constante característica de cada medio: n = c/v. Índice de Refracción de un medio con relación a otro El índice de refracción de un medio es una medida para saber cuánto se reduce la velocidad de la luz (o de otras ondas tales como ondas acústicas) dentro del medio Angulo Límite Es aquél ángulo incidente para el cual el rayo refractado emerge tangente a la superficie de separación entre los dos medios. Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite, el seno del ángulo de refracción resulta mayor que la unidad. Reflexión Total Es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz atraviesa un medio de índice de refracción n2 menor que el índice de refracción n1 en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Dispersión de la luz Es un fenómeno que se produce cuando un rayo de luz blanca atraviesa un medio transparente (por ejemplo, el aire) y se refracta, mostrando a la salida de este los respectivos colores que la constituyen.

3. Explicar Punto Remoto y Punto Próximo de un ojo. Dar sus valores. Se llama punto remoto la distancia máxima a la que puede estar situado un objeto para que una persona lo distinga claramente y punto próximo a la distancia mínima. Un ojo normal será el que tiene un punto próximo a una distancia "d" de 25 cm, (para un niño puede ser de 10 cm) y un punto remoto situado en el infinito.

4.

Describir el fenómeno espejismo. espejismos un ejemplo Principio de

de Los son del Huygens. Cuando el sol calienta intensamente la superficie de un pavimento o de la arena, se forma una capa de aire caliente próximo a la superficie, la rapidez de la luz es un poco mayor en el aire caliente cerca del suelo, las onditas de Huygens tienen radios ligeramente más grandes, los frentes de ondas se inclinan un poco, y los rayos que se dirigían hacia la superficie con un ángulo de incidencia grande se doblan como se ve en la figura. La luz que viaja más lejos del suelo se desvía menos y viaja casi en línea recta. El observador ve el objeto en su posición natural, y ve una imagen invertida debajo de él, como si lo viera en una superficie horizontal reflectiva

5. ¿En qué caso existe el ángulo limite en una refracción? Si la velocidad de la luz es mayor en el segundo medio el ángulo segundo es mayor. El ángulo de refracción será en estas condiciones será mayor que el de incidencia. En estas condiciones podemos decir que: Ángulo límite: El ángulo de incidencia que nos da un valor del ángulo de refracción de 90' se llama ángulo límite....