Tipán Bryan Inf 2

7/25/2019 Tipn Bryan Inf 2

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Prctica de laboratorio 2

Refraccin, Reflexin y Propagacin De La Luz

Bryan Tipn

Escuela Politcnica Nacional, Facultad de Ciencias, Departamento de Fsica,

Laboratorio de ptica

bstract

La presente prctica tiene como principal objetivo el determinar la

relacin matemtica existente entre los ngulos de incidencia y

refraccin de la luz cuando un haz pasa a travs de distintos materiales

geomtricos y homogneos.

Anlogamente se desea estudiar el comportamiento de un haz de luz

cuando este se a travs de distintos medios, como lo sern Glicerina-

Agua, Glicerina-Aire y determinar su relacin con el ngulo de refraccin

1.Marco Terico

Un haz de luz impacta una superficie con cierto ngulo de incidencia

medido desde la normal de dicha superficie, dicho haz tambin tiene un

ngulo de reflexin el cual es numricamente igual al ngulo de

incidencia solo que con signo contrario, indicando as que se lo midedesde el otro lado de la normal.

Se define ndice de refraccin como una medida adimensional que

determina la reduccin de la velocidad de la luz al propagarse de un

medio a otro.

El ndice de refraccin ()est definido como:

=

Dnde:

es la velocidad de la luz en el vaco

es la velocidad de la luz en el medio


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2.Diseo Experimental y Procedimiento

2.1 Materiales

Para realizar el siguiente laboratorio debe tener los siguientes materiales:

Fuente de voltaje.

Disco ptico graduado o papel milimetrado en coordenadas polares.

Caja luminosa halgena 12V/20W

Hojas de papel bond.

Placa con una y tres ranuras para la lmpara

Prisma transparente.

Cuerpo ptico semicircular.

Cubeta en doble semicrculo.

Paraleleppedo transparente

Agua.

Alcohol.

Experimento 1.- Refraccin en los medios: aire y objeto

Se procede a colocar sobre el disco ptico graduado el cuerpo ptico

semicircular, sobre el objeto ptico se hace incidir un haz de luz

proveniente de la caja luminosa, ajustamos esta configuracin hasta

encontrar el ngulo crtico para obtener refraccin y a partir de este

ngulo variamos la configuracin a saltos de 10 registrando los valores

obtenidos en la tabla 2.1.

Fig. 1 configuracin para la refraccin en interfaz aire-objeto


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Fig. 2 Configuracin para la refraccin en interfaz objeto-aire

Experimento 2.- Refraccin en los medios: Agua, glicerina y aire

Se procede a colocar sobre el disco ptico graduado la cubeta de doble

semicrculo. Se proceder con tres interfaces:

gua ire: Coloque sobre un semicrculo de la cubeta un poco de

agua, la otra semicircunferencia debe quedar vaca.

Glicerina ire: Coloque sobre un semicrculo de la cubeta glicerina

hasta el tope, la otra semicircunferencia debe quedar vaca.

Glicerina gua: Llene ambas semicircunferencias una con agua y otra

con glicerina

Para cada interfaz se debe hacer incidir un haz de luz proveniente de la

caja luminosa, ajustar la configuracin hasta encontrar el ngulo crtico de

cada interfaz y a partir de este ngulo tomar los datos de los ngulos

obtenidos en intervalos de 10


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Fig. 3 Configuracin para la refraccin Agua-Aire

Fig. 4 Configuracin para la refraccin Glicerina-Agua


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Fig. 5 Configuracin para la refraccin Glicerina-Aire

Experimento 3.- Propagacin de la luz

Sobre el disco ptico graduado se colocar una hoja y sobre esta el

objeto geomtrico (ya sea el prisma o el paraleleppedo) a ser iluminado

con la lmpara, con la ayuda de una regla trace el camino que sigue el

haz de luz al incidir sobre el cuerpo geomtrico y el camino que sigue

despus de pasar por l. Tome los datos de los ngulos de refraccin y

de reflexin para cada cuerpo geomtrico.

Fig. 6 Propagacin de la luz en un paraleleppedo.


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Fig. 7 Propagacin de la luz en un prisma.

2.2

Tablas de Datos

Los datos obtenidos en el laboratorio son los siguientes:

1

2

1

2-90 10 -16 -16

-80 20 -28 -29-70 30 -47 -47

-60 40 -72 -72

-50 50

-40 74 73 60

-30 48 48 70

-20 30 30 80

-10 14 14 90

0 0 0

: 42

Tabla 2.1 Tabla para interfaz cuerpo - aire del semicilindro


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1

2

1

2-90 90 90 10 -6 -7

-80 41 41 20 -12 -13

-70 39 39 30 -19 -20-60 36 35 40 -25 -25

-50 31 31 50 -30 -31

-40 25 25 60 -35 -35

-30 20 20 70 -38 -39

-20 13 14 80 -41 -41

-10 7 7 90 -90 -90

0 0 0

: Tabla 2.2 Tabla para interfaz aire - cuerpo del semicilindro

1

2

1

2-90 10 -13 -13

-80 20 -27 -26

-70 30 -42 -42

-60 40 -58 -59

-50 50

-40 58 58 60

-30 41 41 70

-20 26 26 80

-10 14 13 90

0 0 0

: 49Tabla 2.3 Tabla para interfaz agua - aire


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1

2

1

2

-90 10 -16 -16

-80 20 -31 -31

-70 30 -48 -48

-60 40 -74 -74

-50 50

-40 70 70 60

-30 45 45 70

-20 29 29 80

-10 12 13 90

0 0 0 : 42

Tabla 2.4 Tabla para interfaz glicerina - aire

1

2

1

2-90 10 -10 -11

-80 20 -21 -21

-70 30 -32 -32-60 73 73 40 -44 -44

-50 58 58 50 -56 -57

-40 45 45 60 -71 -71

-30 35 35 70

-20 22 22 80

-10 12 12 90

0 0 0

: 66Tabla 2.5 Tabla para interfaz glicerina - agua


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3. Tratamiento de datos

Para cada una de las tablas realice un grfico de

Fig. 3.1 Grafico para la interfaz cuerpo - aire

Fig. 3.2 Grafico para la interfaz aire - cuerpo

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-100-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100


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Fig. 3.3 Grafico para la interfaz agua - aire

Fig. 3.4 Grafico para la interfaz glicerina - aire

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50


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Fig. 3.5 Grafico para la interfaz glicerina - agua

Conociendo los valores de , para los experimentos en que se trabajaba con

una interfaz de aire tal que 1, encuentre el valor del ndice de

refraccin de la otra interfaz.

La ley de Snell dice:

sin() = sin()

~1

Procedemos a aplicar la ley de Snell en nuestra interfaz semicilindro aire:

sin(30) = sin(48)

=sin(48)

sin(30)

= 1.48

Donde el signo negativo nos indica que esta medido en sentido contrario a

la normal

Procedemos a aplicar la ley de Snell a nuestra interfaz agua aire

sin(40) = sin(58)

=sin(58)

sin(40)

= 1.31

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80


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Procedemos a aplicar la ley de Snell a la interfaz glicerina - aire

sin(45) = sin(45)

= 1

De qu depende el ngulo crtico medido en las interfaces? Es posiblemedir el ngulo crtico para cualquier interfaz?

El ngulo crtico depende de la interfaz puesto que si la luz viaja de un

medio con un menor ndice de refraccin a uno con un mayor ndice de

refraccin no se puede encontrar un ngulo crtico

Consulte y explique dos aplicaciones de la reflexin total interna.

La reflexin total interna es el mtodo por el cual operan los sistema de

fibra ptica, puesto que cuando la luz viaja a travs de el ncleo de la fibra,

rebotando entre este y el borde. Dado que la luz que golpea el borde debe

hacerlo con un ngulo mayor al ngulo crtico solo la luz que ingresa a la

fibra con estos ngulos viaja por ella sin filtrarse.

El microscopio de fluorescencia total interna es un instrumento el cual usa un

tipo de onda evanescente para selectivamente iluminar ciertas partculas

fluorescentes en las clulas en una interfaz vidrio agua. Dicha onda es solo

generada solo cuando la luz incidente es totalmente reflejada en la interface


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Con los rayos trazados sobre la hoja de papel bond para el paraleleppedo, y

con la ayuda de un graduador calcule todos los ngulos de incidencia y de

refraccin. Comente lo que ha sucedido con el haz al atravesar el

paraleleppedo.

Fig. 3.6 ngulos de reflexin en el paraleleppedo

Se puede observar que el rayo de luz que pasa a travs del paraleleppedo

cambia de direccin, no solo una vez sino dos veces, una cuando pasa por

la interfaz aire cuerpo y otra cuando sale de esta (interfaz cuerpo aire)

Con los rayos trazados sobre la hoja de papel bond para el prisma, y con la

ayuda de un graduador calcule todos los ngulos de incidencia y de

refraccin. Qu relacin existe entre los ngulos de incidencia y refraccin

correspondientes la interfaz aire-prisma (, ), con los ngulos deincidencia y refraccin prisma aire (, )

Se puede observar en el grafico que las relaciones entre los ngulos de

incidencia y refraccin en ambas interfaces coinciden perfectamente


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Fig. 3.7 ngulos de reflexin en el prisma

4.Conclusiones

Existen errores que se pudieron introducir en esta prctica, la mayoria radican

al tomar los datos tanto para los ngulos de refraccin en los distintas

interfaces, pero aun con estos errores se puede observar que los datos

experimentales llegan a una muy buena aproximacin con los datos tericos

de la ley de Snell

5. Referencias Hecht, Eugene (2002). Optics. Addison-Wesley.

Bleaney, B.I. (1976). Electricity and Magnetism


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6.Anexos

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