Práctica 3 LAB. Física IV PDF

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓNFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICAUNIDAD DE APRENDIZAJE:LABORATORIO DE FÍSICA IVPráctica No. 3Docente: Ing. Juan Antonio Zamora MontemayorNombre Matrícula Carrera Kevin Silva Hernández 1867136 IMABrigada: 315 Dia: Miercoles Hora: VPeríodo: agosto – Enero 20...

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD DE APRENDIZAJE: LABORATORIO DE FÍSICA IV

Práctica No. 3

Docente: Ing. Juan Antonio Zamora Montemayor

Nombre

Matrícula

Carrera

Kevin Silva Hernández

1867136

IMA

Brigada: 315

Dia: Miercoles

Hora: V3

Período: agosto – Enero 2021

San Nicolás de los Garza, Nuevo León, 01/10/20

HIPÓTESIS Cuando la luz pasa por un medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes materiales. El índice de refracción se puede calcular con la relación entre la velocidad de la luz en el vació y la rapidez en el material.

OBJETIVO Evaluar el cumplimiento de la ley de refracción de la luz

MARCO TEÓRICO La refracción es el cambio de dirección y velocidad que experimenta una onda al pasar de un medio a otro con distinto índice refractivo. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada. Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Sin embargo, el descubrimiento de un manuscrito revela que el árabe Ibn Sahl (matemático) había llegado a las mismas conclusiones que el holandés seis siglos antes (entre los años 983 y 985). Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, es consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo. Por otro lado, la velocidad de la penetración de la luz en un medio distinto del vacío está en relación con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviación. Este fenómeno es conocido como dispersión de la luz. Por ejemplo, al llegar a un medio más denso,

las ondas más cortas pierden velocidad sobre las largas (p. ej., cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta cuatro veces más dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, ya que para esa gama de colores el índice de refracción es mayor y se dispersa más. En la refracción se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio: El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano. Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separación trazada en el punto de incidencia. La velocidad de la luz depende del medio por el que viaje, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción. ÍNDICE DE REFRACCIÓN Es la relación entre la velocidad de propagación de la onda en un medio de referencia (por ejemplo, el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate. REFRACCIÓN DE ONDAS DE RADIO El fenómeno de la refracción se observa en todo tipo de ondas. En el caso de las ondas de radio, la refracción es especialmente importante en la ionosfera, en la que se producen una serie continua de refracciones que permiten a las ondas de radio viajar de un punto del planeta a otro. LEY DE REFRACCIÓN (LEY DE SNELL) Entonces la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción.

MEDICIONES n1 sen θ1 =n2 sen θ2 (ley de refracción) n1 = índice de incidencia del medio del que procede

 

θ1= ángulo de incidencia  n2 = índice de refracción del medio en el que se refracta  θ2 = ángulo de refracción PARTE 1

PARTE 2

θ1

θ2

θ1

θ2

10°

7°

5°

9°

20° 30° 40° 50° 60°

14° 20° 26° 32° 37°

20° 30° 35°

31° 49° 59°

40° 45°

75° NO HAY

CÁLCULOS Y PROCEDIMIENTOS

n1 sen θ1 =n2 sen θ2 n1 sen θ 1 n2 = sen θ2 n2 =

PARTE 1

sen θ1 sen θ2

θ2 (refractado)

sen θ1 sen θ2

n2 (índice del acrílico)

7°

sen(10°) sen(7 °)

1.424

14°

sen (20 °) sen( 14 °)

1.413

20°

sen(30°) sen(20°)

1.462

40°

26°

sen( 40 °) sen (26 °)

1.466

50°

32°

sen(50°) sen (32°)

1.445

37°

sen(60°) sen(37°)

1.44

θ1 (incidencia)

10°

20° Aire  acrílico 30°

60°

n1 sen θ1 =n2 sen θ2

n1 =

n2 sen θ 2 sen θ1

n1=

PARTE 2

θ2 (refractado)

sen θ2 sen θ1

n1 (índice del acrílico)

9°

sen( 9 °) sen (5° )

1.794

31°

sen (31°) sen(20°)

1.505

49°

sen( 49 °) sen (30 °)

1.509

35°

59°

sen(59°) sen(35°)

1.494

40°

75°

sen (75 °) sen( 40 °)

1.502

45°

NO HAY ÁNGULO

0 sen(45 °)

0

θ1 (incidencia) 5° 20°

Acrílico  aire

sen θ2 sen θ1

30°

CONCLUSIONES Concluya acerca de la forma en que se comporta el rayo de luz en la superficie entre los dos medios. Describa hacia donde se desvía el rayo de luz (se acerca o se aleja de la normal), para cada caso. El rayo de luz se aleja de la normal, se desvía hacia la izquierda.

Formule la ley de la refracción de la luz, a partir de los resultados que obtuvo en los experimentos anteriores. ¿Cómo puede introducir la magnitud índice de refracción? Según los cálculos y los resultados obtenidos, el índice de refracción al ser sustituido en la fórmula de la ley de refracción y haciendo los cálculos de esa igualdad, la igualdad se cumple entre ambos estatutos. Proponga una forma de determinar el índice de refracción del acrílico del semicilindro. Determine esta magnitud y compruebe si su valor es cercano al reportado en las tablas del libro de texto. ¿Podría decir cuál es la velocidad de la luz en este material? ¿Es mayor o menor que en el aire? c 300 000 km / s 300 000 km / s =200 000 km / s n= 1.5= v= 1.5 v v Menor que en el aire, ya que el acrílico obstruye de cierta manera a la luz y lo hace más lento Para el caso cuando la luz incide desde el acrílico al aire, ¿cómo describe el comportamiento del rayo refractado? ¿Qué nuevo fenómeno tuvo lugar en este caso? ¿Conoce el nombre de este fenómeno? ¿Qué relación tiene con las fibras ópticas? El rayo se ve reflejado y se le conoce como reflexión total interna. En el caso de las fibras ópticas, éstas son solo cables flexibles de un material transparente con índice de refracción mayor que el índice de refracción que lo recubre. Así que, al introducir un pulso de luz con un ángulo de entrada en la fibra, se consigue que quede confinado en el interior llegando al final sin perder intensidad. ¿Por qué el objeto de acrílico se construyó en forma de semicilindro? ¿Puede explicar esto a partir de los resultados experimentales? Es para ver mejor el rayo reflejado con mayor claridad Además del rayo refractado, ¿observó algún otro rayo que sale de la superficie de separación entre el acrílico y el aire? ¿Qué rayo es éste y qué ley cumple? No se logra observar ningún otro rayo...