LOP-002 Refraccion en liquidos -condori mamani wiliam yanfranco PDF

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La b o r a t o r i odeFí s i c aBá s i c a

Ond a syÓp t i c a

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGÍA, GEOFÍSICA Y MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

INFORME DEL LABORATORIO 2 DE ONDAS Y OPTICA REFRACCIÓN EN LÍQUIDOS DOCENTE: FREDY MANUEL MAYHUA CHOQUE

AUTOR: CONDORI MAMANI, WILIAM YANFRANCO AREQUIPA – PERÚ 2021

LOP-003/ 1 de 5

La b o r a t o r i od eFí s i c aBá s i c a

Onda syÓpt i c a

REFRACCI ÓN EN LÍ QUI DOS A.COMPETENCI A ESPECÍ FI CA • •

Halla experimentalmente el índice de refracción del agua aplicando la ley de Snell. Determina el ángulo crítico de incidencia entre los medios agua-aire.

B. VI DEO MOTI VADOR C.I NFORMACI ÓN TEÓRI CA Uno de los fenómenos que experimenta la luz (ondas electromagnéticas del espectro visible) es la refracción, que consiste en el cambio de dirección de propagación cuando la luz pasa de un medio a otro medio que permite su propagación. Este fenómeno se debe al cambio de velocidad que sufre la luz al pasar de un medio a otro (figura 1).

Figura 1 Aplicando el principio de Fermat o de tiempo mínimo, se deduce que la relación de velocidades del medio uno v 2 respectivamente es: 1 respecto al medio dos v 2, con índices de refracción n l yn sen θ2 sen θ1



v2

(1)

v1

El índice de refracción nse define como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío cy la velocidad de la luz en un medio vcomo sigue:

n= c /v

(2)

Considere la velocidad de la luz en el aire o vacío como c= 2,99792458x10 8 m/s. La ecuación (2) permite que la ecuación (1) sea expresada de la forma: LOP-003/ 2 de 5

La b o r a t o r i od eFí s i c aBá s i c a

Onda syÓpt i c a n1sen θ1  n2 sen θ2

(3)

Esta ecuación es conocida como la Ley de Snell. La trayectoria del haz de luz es reversible, es decir, si el rayo pasa de un medio de menor índice de refracción hacia otro de mayor índice, el rayo se aproxima a la normal y viceversa. El índice de refracción bibliográfico para una longitud de onda específica y expresada con relación al aire o vacío, se llama índice absoluto.

LOP-003/ 3 de 5

D. MATERI ALESYESQUEMA 1 Transportador 1 Regla de 20 a 30 cm 1 Cubeta rectangular de capacidad de 1,5 a 2 litros 1 tablero de 15 a 20 cm de largo por 12 a 20 cm de ancho 8teknopor, tripley, etc) Líquido: agua 1 vaso de plástico Lápices de colores

Figura 2

E. CUESTI ONARI O PREVI O Responda preguntas propuestos en el DUTIC (Cuestionario).

F. PROCEDI MI ENTO EXPERI MENTAL -

Ref r a c c i óna i r e–a gua( Us a ndos i mul ador ) Usando el simulador https://www.walter-fendt.de/html5/phes/refraction_es.htm 1. 2. Seleccione las sustancias aire – etanol u otro en el simulador (según el profesor) Elija en el simulador los datos del ángulo de incidencia mostrado en la Tabla 1 y anote los 3. ángulos de refracción que se muestran en el simulador y llene la tabla 1. Tabla 1. Refracción aire – agua(simulador) Le c t θ1 (± θ2 (± ur a 1° ) 1° ) 7,5 1 10,0 14,9 2 20,0 22,1 3 30,0 28,9 4 40,0 36,2 5 50,0 40,6 6 60,0 45,0 7 70,0 47,8 8 80,0

Ref r a c c i óna i r e-agua( e xper i ment a l me nt e ) 1. En el tablero de triplay o teknopor trace los ejes coordenados y la normal. 2. Con ayuda del transportador trace los rayos para los ángulos de θ2 (ver Figura 2 a la altura del punto 1) que indica la tabla 2 y ubique en alfiler en cada rayo (use lápices de colores). 3. Vierta agua en la cubeta 1,5 a 2 litros. (tener cuidado que no se derrame) 4. Coloque el tablero dentro de la cubeta con agua como se muestra en el esquema el agua debe coincidir con el eje x del tablero. 5. Alinee el rayo incidente con el refractado como en el esquema y coloque el alfiler para cada rayo refractado (Use lápices de diferentes colores) retire el tablero y trace los rayos, mida y anote los datos en la tabla 2 6. Mida el ángulo crítico al cual el haz refractado llegue a 90o y anote el valor en la tabla 2. Tabla 2. Refracción agua - aire. Le c t θ2(± 1° ) θ1(± 1° ur a ) 6,5 1 5,0 12,0 2 10,0 20,0 3 15,0 4 27,0 20,0 33,0 5 25,0 41,0 6 30,0 7 48,0 35,0 58,0 8 40,0 49,0 90,0 9

G. ANÁLI SI SDEDATOS - Ref r a c c i óna i r e–agua( s i mul a dor ) 1. A partir de la ecuación (3) determine el índice de refracción del agua, utilizando los datos de la Tabla 1. Sabiendo que el índice de refracción del etanol es 1,36 Tabla 3. INDICE DE REFRACCION AGUA(EMULADOR) Le c t n ur a 2 1 2 3 4 5 6 7 8

1,330 1,330 1,329 1,330 1,329 1,331 1,329 1,329

calculo de Índice de refracción del agua

Índice de refracción del agua

n a g u a =1,330 ±0,00085

Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8

1,330 1,330 1,329 1,330 1,329 1,331 1,329 1,329

Promedio

´ D

δx=

√

x 1−´x

x1

( x 1−´x)

1,330-1,330 1,330-1,330 1,329-1,330 1,330-1,330 1,329-1,330 1,331-1,330 1,329-1,330 1,329-1,330

0 0 0.000001 0 0,000001 0,000001 0,000001 0,000001

∑ ( x 1−´x) 2

0,000005

2

n

2 ( x i−x´ ) ∑ i=1

n−1

√

0,000005 8−1 δx=0,00085

δx=

nagua =1,330 ±0,00085

2. Grafique el ángulo de refracción en función del ángulo de incidencia e interprete su resultado

ángulo de refracción en función del ángulo de incidencia 60

θ2(angulo de refraccion)

50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

θ1(angulo de incidencia)

Interpretación: Hac ua nt o esmáse lángul odei nc i denc i as e r ámenose lángul oder e f r ac c i ón de bi do aqueelá ngul o dei nc i denc i as e r ás i e mpr ema yorc onr es pe c t oa lángul oder e f r ac c i óns e gúnt eor í a posee una pendiente de y = 0.5898x + 3.8357 Se muestra una parábola Ref r a c c i óna gua-ai r e 1.A partir de la ecuación (3) determine el índice de refracción del agua, utilizando los datos de la Tabla 2. Tabla 4. Refracción del agua Le c t n ur a 2 1,30 1 1,20 2 1,32 3 1,33 4 1,29 5 1,31 6 1,30 7 1,32 8 1,32 9

Índice de refracción del agua

n a g u a=1,300 ±0,042 Indique el valor del ángulo crítico

θc =

49 °

±

1°

Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 Promedio

´ D

δx=

√

x1

x 1−´x

1,30 1,20 1,32 1,33 1,29 1,31 1,30 1,32 1,32

1,30-1,30 1,20-1,30 1,32-1,30 1,33-1,30 1,29-1,30 1,31-1,30 1,30-1,30 1,32-1,30 1,32-1,30

( x 1−´x)

∑ ( x 1−´x)

2

0 0,01 0,0004 0,0009 0,0001 0,0001 0 0,0004 0,0004 2 0,0123

n

2 ( x i−x´ ) ∑ i=1

n−1

√

0,0123 8−1 δx=0,042

δx=

nagua =1,300 ±0,042

H. COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN 1. Compare el índice de refracción del agua hallado experimentalmente a partir de la tabla 3

y 4 con su valor bibliográfico. ¿Qué tipo de error se cometió? Justifique su respuesta.

Teoría: Si dicho valor se encuentra dentro de la región de incerteza entonces el error o incertidumbre calculada es accidental. Si el valor se encuentra fuera de la región de incerteza, ha ocurrido un error sistemático. Por lo tanto el error que se cometió en el experimento del índice de refracción de agua es sistemático El error que se cometió en el simulador fue un error accidental 2. Compare el ángulo crítico experimental con el valor bibliográfico.

Angulo critico experimental θc =

49 °

Angulo critico bibliográfico

sin θ1 x n1=sin θ 2 x n2 sin 90 ° x 1=sin θ2 x 1,33 sin 90 ° θ2 ¿ sin−1 1,33 θ2 =48 ° 45' 12,48 ´ ´

E(%) =

E(%) =

experimental |valor bibliografico−valor |x 100 % valor bibliografico

|

|

48 ° 45' 12,48 ´ ´−49 ° x 100 % 48 ° 45' 12,48 ´ ´

E(%) =0,501%

I.

CONCLUSI ONES

 Se demostró que el ángulo de incidencia será mayor al ángulo de refracción  Se determinó según el simulador el índice de refracción del agua es de 1,33  Se obtuvo un error accidental según el emulador debido a que se le encontró en la zona de incerteza  Se obtuvo un error sistemático según el experimento hecho debido a que el índice de refracción del agua nos salió 1,30  obtuvimos un error de0,501% en base al ángulo critico experimental y bibliográfico

J. BI BLI OGRAFÍ A ADI CI ONAL Aut or

SERWAY.JEWETT

Títu lo

FÍSICA para ciencias e ingeniera con física moderna

Edición

Séptima edición

Año

2009

Bibliografía Adicional https://www.walter-fendt.de/html5/phes/refraction_es.htm...