Laboratorio 8 Ondas

7/23/2019 Laboratorio 8 Ondas

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TECSUP P.F.R. Laboratorio de Ondas y Calor

PRCTICA DE LABORATORIO N 08PRCTICA DE LABORATORIO N 08

REFLEXIN - REFRACCION DE LA LUZ, LENTES Y ESPEJOS.

1. INTRODUCCION

La ptica es la rama de la fsica !e se oc!pa de la propa"acin y elcomportamiento de la l!#. La l!# es la #ona del espectro de radiacinelectroma"n$tica !e se e%tiende desde los rayos & 'asta lasmicroondas( e incl!ye la ener"a radiante !e prod!ce la sensacinde )isin. El est!dio de la ptica se di)ide en dos ramas* La ptica"eom$trica y la ptica fsica.

En este laboratorio se )er+ al"!nos de los fenmenos est!diados enptica( los p!ntos m+s importantes a est!diar son los fenmenos de

Re,e%in y refraccin. -aciendo !so de los materiales proporcionadosen el laboratorio se est!diar+ las im+"enes formadas en !n espeoplano. Se )a a ccomprobar e%perimentalmente la distancia focal dedi)ersas lentes y determinaremos el ndice de refraccin del a"!a.

Esp!"#$% s" $ s& "'!"$% s (s p!s#)" " *%#)+#&"*+#. OBJETIOS

/0 Est!diar las im+"enes formadas en !n espeo plano.10 2ed!cir las leyes de la re,e%in y refraccin de la l!#.30 Comprobar e%perimentalmente la distancia focal de di)ersas lentes.

40 2eterminar el ndice de refraccin del a"!a.50 2eterminar el +n"!lo crtico entre las interfaces a"!a6aire.

/. ATERIALES

- F!ente l!minosa- Espeos esf$ricos- 7!e"o de lentes de acrlico- Emisor l+ser- Re"la-

8l9leres- Papel polar


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Laboratorio de Ondas y Calor TECSUP P.F.R.

F!ente l!minosa. Espeos esf$ricos. 7!e"o de lentes deacrlico.

Re"la. 8l9leres. Papel polar.

INDICACIONES DE SEURIDAD

I2p(2#)%s $ s'&!+$"$ $ &s% %3(+'")%!+%

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Emisor laser.


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A#4(+s+s $ T!"3"5% S'&!% 6ATS7

N PASOS BASICOS DELTRABAJO

DA9O 6RIESO7PRESENTE EN CADAPASO.

CONTROL DE RIESO

1I#'!s% "(("3%!")%!+%.

T!%p+:%s, *";$"s

I#'!s"! # %!$# *&+$"#$%$ #% !%2p! (%s)%2"*%!!+#)s2p%)!"$"s # ( p+s%.

R=+s+# $ (%s>&+p%s

< 2")!+"(s *%# (%s>& s =" " )!"3"5"!..

P!$+$" $ "('?#2")!+"(,

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P%#! (%s 2")!+"(s &+p%s #

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R"(+:"! (" )%2" $

$")%s p"!" *"$"p!+#*+".

D"%s s=!%s # ("=+s)" 6*'&!" " ("!'%p(":%7 *"&s"$%s P%! (%s!"&+p%s.

P!$+$" $ "('?#2")!+"(

% >&+p%.

P!=+" #)!'" !=+s"! odic'o de otro modo =La trayectoria real entre dos p!ntos tomadospor s! 'a# de l!# es a!ella !e es recorrida en el tiempomnimo>.

L" !H+# sp*&("! se prod!ce c!ando la l!# se re,easobre !na s!per9cie p!lida como !n espeo( mientras !e c!andola re,e%in se prod!ce sobre !na s!per9cie r!"osa se denominarefexin diusa. En el caso partic!lar de la re,e%in espec!lar?"eneralmente c!ando se 'abla de re,e%in se 'ace referencia aeste tipo0 se c!mple lo !e se denomina la ley de re,e%in*

i@ i 617A!e nos indica !e el +n"!lo de incidencia es i"!al al +n"!lo

de re,e%in.

El ndice de refraccin de !n medio se de9ne como*

velocidad delaluz en el vaco cn

velocidad delaluz enunmedio v= = 67

Ba !e se sabe !e la )elocidad de la l!# ?)0 cambia de ac!erdo almedio en !e atra)iese( as tambi$n como la lon"it!d de onda ?0mientras !e la frec!encia ?f0 permanece constante.

Recordemos !e la )elocidad de !na onda se relaciona con lafrec!encia ?f0 y la lon"it!d de onda ?0 de ac!erdo con la si"!ienterelacin*

) @ f 6/7

R!"**+#

La reraccin de la luzse prod!ce c!ando !n rayo de l!# !e)iaa en !n medio transparente enc!entra !na frontera !e lle)a aotro medio transparente( parte del rayo ser re,ea y parte entra alse"!ndo medio. El rayo !e entra al se"!ndo medio se dice !e serefracta. Estos tres rayos se enc!entran en el mismo plano. El 'a#incidente y el refractado c!mplen la si"!iente re"la !e es conocidacomo la Ley de Snell ?conocida en Francia como Ley de

Descartes0*

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rrii SennSenn =

F+'&!" /.1.Refraccin de la l!#.

L#)s $('"$"s

Una lente es !n sistema refrin"ente !e consiste en dos o m+ss!per9cies de separacin( de las c!ales !na por lo menos es c!r)a.Una lente simple( consiste de !n elemento solamente( lo c!al a s!)e# si"ni9ca !e tiene solamente dos s!per9cies de separacinrefrin"ente. Una lente compuesta se forma de dos o m+s lentessimples. Una lente delgada( comp!esta o simple( es a!ella endonde el espesor de los elementos no desempe;a !n papelimportante y como tal es despreciable. La 9"!ra il!stra lanomenclat!ra asociada con las lentes esf$ricas simples.

F+'&!" /..Lente esf$rica simple.

Se p!ede tra#ar la trayectoria !e si"!e la l!# al pasar a tra)$s de

ambas s!per9cies de separacin( c!ando el espesor ? 21VV 0 es

realmente despreciable y adem+s se trata solamente de rayospara%iales( se p!ede demostrar !e

=+

210

11)1(11

RRn

ss lm

i

67


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En donde( como de cost!mbre( nlm @ nlnm. Esta es la llamadaecuacin de las lentes delgadas( !e se conoce tambi$n como laformula del fabricante de lentes. Obs$r)ese !e si sD@ ( /fise i"!al

a la cantidad en el se"!ndo miembro y lo mismo es cierto para /fDc!ando si@ . En otras palabras( fD @ fi@ f( donde

=

21

11)1(

1

RRn

f lm 67

Entonces la ec!acin de las lentes p!ede replantearse en la forma!e se conoce como formula de las lentes de Gauss*

fss i

111

0

=+ 6G7

Una onda esf$rica !e sale del p!nto S como lo m!estra la 9"!ra 3.3incide sobre !na lente positi)a( esto( es !na !e es mas "r!esa en s!centro !e en s!s bordes. La #ona central del frente de onda esrebaada mas !e s!s re"iones e%teriores y el frente en si mismo!eda in)ertido( con)er"iendo de a! en adelante 'acia el p!nto P.En forma m+s !e ra#onable( !n elemento de esta clase se llamalente convergentey la l!# se dobla 'acia el ee central debido a $sta.

Como se m!estra en la 9"!ra 3.3( la descripcin anterior s!pone !eel ndice del medio( nmes menor !e nl. Sin embar"o( si nm nl!na

lente con)er"ente seria mas del"ada en s! centro. -ablando ent$rminos "enerales ?nm nl0( !na lente !e es m+s del"ada en s!centro se conoce por di)ersas denominaciones* lente ne"ati)a(cnca)a o di)er"ente. La l!# !e pasa a tra)$s de la lente tiende adoblarse 'acia f!era del ee central( por lo menos mas de lo !eestaba c!ando entraba.

G


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CONERENTE DIERENTE

F+'&!" /./.Lentes con)er"entes y di)er"entes.

. PROCEDIIENTO

RH+# $ (" (&: &s"#$% # sp5% p("#%.

P%! #+#'?# 2%)+=% p!2+)" >& ( ": $ (&: +#*+$" s%3! ("=+s)", p&s p%$!;" *"&s"! $"% +!!p"!"3(. N% +#)#) =!$+!*)"2#) ( ": $ (&: (4s!.

H Colo!e el espeo en posicin )ertical con la ay!da de la madera yla li"a( l!e"o c$ntrelo en el papel polar( alineando la s!per9cie

e%terna del espeo con la lnea correspondiente a D.

H Colo!e !n al9ler en el ori"en ?p!nto de con)er"encia de todas laslneas0 del papel polar.

H 8linee el l+ser a lo lar"o de !na de las lneas para !no de los+n"!los s!"eridos en la tabla 4./( acti)e el p!ntero y diralo 'acia elal9ler.

H Obser)e y mida el +n"!lo !e forma el 'a# re,ectado y antelo enla tabla 4./.

H Repita los dos :ltimos procedimientos para todos los +n"!los.


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F+'&!" .1. Es!ema e%perimental.

T"3(" .1. Re,e%in de la l!#.

ir Er ?I0

/D /D D I1D 1D D I3D 3D D I4D 4D D I5D 5D D IGD GD D IJD JD D IKD KD D I

R!"**+# $ (" (&: &s"#$% " (#).

H 8note la lon"it!d de onda del l+ser.

H Colo!e el lente en el papel polar alinee la s!per9cie plana con lalnea correspondiente a D( 'a"a coincidir el centro de esta cara planacon el ori"en del papel polar.

H 8linee el p!ntero l+ser a lo lar"o de !na de las lneas ?tal como seindica en la 9"!ra 4.10para !no de los +n"!los s!"eridos en la tabla4.1( acti)e el p!ntero y diralo 'acia el ori"en.

K


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F+'&!" .. Es!ema e%perimental.

H Se p!ede obser)ar la tra#a del 'a# de l!# refractado en el papeldando !na li"era inclinacin al l+ser( obser)e y mida el +n"!lo !eforma el 'a# refractado y antelo en la tabla 4.1.

H Repita los dos :ltimos procedimientos para todos los +n"!losindicados en la tabla 4.1.

T"3(" .. Refraccin de la l!# ?8ire lente0

i ?0 /D 1D 3D 4D 5D GD JD KD Promedio

r ?0

Sen iSen rna"!a

I error n

F+'&!" ./. Es!ema e%perimental.H Repita los tres :ltimos procedimientos obser)ando la 9"!ra 4.1y

complete la tabla 4.1. Enc!entre el +n"!lo crtico ?a partir del c!al seprod!ce el fenmeno re,e%in total interna( t@ MD0


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Observacin* Considere !e naire/( y !e la frec!encia no )aria alpasar de !n medio a otro. El s!bndice =lente> en la tabla 4.1./ 'acereferencia al medio refractante.

T"3(" ./. Refraccin de la l!# ?Lente aire0

i ?0 /D 1D 3D 4D Promedio

r ?0 MD

Sen iSen rna"!a

I error n

L#)s $('"$"s < sp5%s.H Tomas las diferentes lentes !e te proporcione el profesor y conay!da de la l+ser tra#a 5 rayos como en la 9"!ra 4.4 y 'alla ladistancia focal para cada caso tra#ando los 'aces l+ser transmitidos.

H -a# lo propio con los espeos y s!s 'aces re,eados.

/D


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5.1.1 Con los datos de las tablas 4.1 y 4.3 "ra9!e ?Sen i Sen

r0 en f!ncin del +n"!lo de incidencia. Nnterprete las"ra9cas.

5.1.3 Calc!le el ndice de refraccin promedio para el a"!a ys! respecti)o error absol!to( para cada !na de las tablas4.1 y 4.3.

5.1.4 Cite 1 eemplos de aplicacin del fenmeno de re,e%intotal interna y / eemplo de la aparicin del fenmenoen la nat!rale#a.

5.1.5 8 !$ s!stancias !sadas o solamente conocidas en s!especialidad podra Ud. 2eterminar s! ndice derefraccin mediante esta e%periencia

./ C%# !sp*)% "( p!%*s% $ (#)s $('"$"s < sp5%s!sp%#$

5.3./ 2etermina todas las formas de formacin de im+"enesen las lentes bicon)e%a y bicnca)a. ?!se dia"ramas0

5.3.1 En los casos en los c!ales se dea !n espacio '!eco parformar las lentes. Es normal el comportamiento del rayotransmitido Por !$

5.3.3 2escriba la !tili#acin de las lentes en los instr!mentos?microscopio y telescopio0. 2escripcin matem+tica.

. C%# !sp*)% "( p!%*s% $ !H+# $ (" (&: p%!p!+s2"s !sp%#$

5.4./ 8 !$ se debe este comportamiento de los 'aces del!#

5.4.1 A!$ aplicacin tecnol"ica p!eden tener Qenciona 1.

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. PROBLEAS

G.1Nn Fi"!re( a ray of li"'t is perpendic!lar to t'e face ab of a "lassprism ?n @ /.510. Find t'elar"est )al!e for t'e an"le fso t'at t'e ray is totallyre,ected at face ac if t'eprism is immersed ?a0 in airand ?b0 in ater.

G.Nn Fi"!re( a li"'t ray in air is incident on a ,at layer of material 1t'at 'as an inde% of refractionn @ /.5. eneat' material 1 ismaterial 3 it' an inde% ofrefraction n3. T'e ray isincident on t'e airmaterial 1interface at t'e rester an"lefor t'at interface.T'e ray ofli"'t refracted into material 3'appens to be incident on t'ematerial 1 material 3

interface at t'e rester an"lefor t'at interface.'at is t'e)al!e of n3

8. OBSERACIONES

J./

J.1

K. CONCLUSIONES

8.1

8.


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K. BIBLIORAFIA 6s'?# %!2")% $ (" APA7

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