LEY DE REFRACCIÓN - 186.28.225.73

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

1. Título de la práctica de Laboratorio:

LEY DE REFRACCIÓN Integrantes: Código: � ____________________________ ______________ � ____________________________ ______________ � ____________________________ ______________ � ____________________________ ______________ 2. OBJETIVOS: General: � Identificar y comprobar la ley de la refracción.

Específicos: � Revisar la información teórica correspondiente acerca de la ley de refracción. � Identificar los diferentes materiales necesarios para el desarrollo de la práctica

relacionada con la ley de refracción. � Verificar experimentalmente de la ley de Snell. � Determinar el índice de refracción del acrílico. � Comprobar que el ángulo de incidencia en la primera cara de una lámina de caras

planas paralelas, es igual al ángulo de refracción con que emerge en la segunda cara.

� Determinar el ángulo critico o ángulo de reflexión interna total en el acrílico

3. REFERENTES CONCEPTUALES Y MARCO TEÓRICO:

Ley de refracción de la luz:

Cuando un rayo de luz llega a una superficie que separa dos medios transparentes

formando un ángulo de incidencia Ɵi con la normal de esta superficie, parte del rayo de

luz incidente se transmite al segundo medio formando un ángulo de refracción Ɵt con la

misma normal (ver figura).


La ley de refracción establece que

1. El rayo incidente, el rayo refractado y la

normal se encuentran en un mismo plano

2. La relación entre los senos de los ángulos de

incidencia �� y refracción �� es igual a una

constante dada por la relación entre las

velocidades de la luz entre los medios:

incidente y refractante, es decir:

��

��

��

Lo anterior significa que cuando la luz pasa de un medio homogéneo transparente a otro

medio homogéneo transparente, se observa un cambio en la dirección de la luz como

producto del cambio de la velocidad.

La relación entre la velocidad de la luz cuando esta pasa del vacío a cualquier otro medio

se conoce como índice de refracción absoluto, notado con la letra n, esto se escribe como:

� �

�

Donde c es la velocidad de la luz en el vacío (3X108 m/s) y v es la velocidad de la luz en el

medio.

Con esta relación es claro que:

vi

vtnt

ni

Con lo cual la ley de refracción podría escribirse como:

niSen�θi ntSen�θt

Aunque al parecer esta relación fue obtenida en forma independiente por Snell y

Descartes, en los textos de habla inglesa se le conoce como ley de Snell.

La relación nt/ni=nti, es el índice de refracción relativo de los dos medios. En general el

índice de refracción es una medida del cambio de dirección de la luz cuando esta cambia

de un medio a otro. Obsérvese que

• Si nti > 1 → nt > ni lo que significa que vi > vt lo que a su vez implica que,θi > θt.

• Si nti < 1 → nt < ni lo que significa que vi < vt lo que a su vez implica que,θi < θt.


Ángulo límite y reflexión total:

Cuando un rayo de luz pasa de un medio de índice de refracción mayor a otro de índice de

refracción menor, se refracta alejándose de la normal, como se observa en la figura.

Puede llegar un momento en que a un determinado ángulo de incidencia le corresponde

uno de refracción de 900 y entonces el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie

de separación de ambos medios. Este ángulo de incidencia es el llamado ángulo límite o

ángulo crítico �c . Para ángulos de incidencia mayores a él, el ángulo de refracción será

mayor de 900 y el rayo no será refractado, puesto que no pasa de un medio a otro,

produciéndose una reflexión interna total, tal y como se observa en la figura.

Aplicando la ley de la refracción (ley de Snell) para el ángulo critico θc,

Sen�θc n�Sen�90

�

n�n�

n�

Recomendaciones: En todas sus mediciones y cálculos debe tener en cuenta la incertidumbre en la medición. Verifique la limpieza de las superficies de los prismas y lentes. Manipule estos objetos por sus bordes con el fin de evitar huellas. En caso de necesitar limpiarlos consulte con el profesor. Se debe manipular los instrumentos ópticos con el uso de guantes quirúrgicos. Esto con el fin de garantizar su conservación.


4. ACTIVIDADES PREVIAS AL LABORATORIO: 1. Según la ley de la refracción ¿Qué pasa con el rayo cuando incide del aire hacia el agua? ¿y si el rayo procede del agua y sale hacia el aire? Ilustre las respuestas. [0.2/5.0]

2. Un rayo de luz, de 589 nm de longitud de onda, que viaja a través de aire, incide sobre una lámina plana y uniforme de acrílico (n= 1.49) con un ángulo de 30.0° con la normal. a) Encuentre el ángulo de refracción. b) Encuentre la rapidez de esta luz una vez que entra al acrílico. [0.2/5.0]


3. Cuando la luz que se ve en la figura pasa por el bloque de acrílico (n= 1.49), se desplaza lateralmente una distancia d. encuentre el valor de d. Compruebe que el ángulo de incidencia en la primera cara de una lámina de caras paralelas, es igual al ángulo de refracción con que emerge en la segunda cara. [0.2/5.0]

4. Encuentre el ángulo crítico para una frontera aire-acrílico [0.2/5.0]

5. Consulte las páginas Web:

• http://rabfis15.uco.es/portaloptica/

• http://rabfis15.uco.es/Laboratorio/escritorio.swf

• http://labovirtual.blogspot.com/2013/05/reflexion-refraccion.html Realice las simulaciones y escriba las conclusiones sobre las mismas [0.2/5.0]

5.0 cm


5. MATERIALES:

• Kit Óptico: Fuente de luz, Rejilla sencilla, Lentes en acrílico con forma de: rectángulo y media caña o con forma de semicírculo

• Papel milimetrado

• Transportador

• Regla

• Guantes

6. PROCEDIMIENTO:

Parte A:

1. Coloque una hoja de papel milimetrado sobre la mesa y péguela con cinta. 2. Señale en la hoja papel milimetrado un sistema de coordenadas de referencia como se muestra en la figura 1a. 3. Situé el lente en acrílico con forma de semicírculo sobre la hoja milimetrada. Alinee el centro de la cara plana del lente con el origen del sistema de coordenadas, tal y como se muestra en la Figura 1b. 4. Identifique la normal de la cara plana del lente.

Figura 1a Figura 1b Figura 1c

5. Sobre la hoja milimetrada ponga la fuente de luz con la rejilla sencilla, esto para obtener un solo rayo incidente sobre el espejo. 6. Alinee el rayo con la normal, asegúrese que el rayo reflejado siga la misma trayectoria que el rayo incidente y el rayo refractado. Es decir los tres rayos deben formar una línea recta. 7. Bajo esas condiciones, cambie el ángulo del rayo incidente. Observe el valor del ángulo que forma el rayo refractado con la normal, como se observa en la figura 1c. Hágalo para diferentes valores del ángulo de incidencia. Asegúrese que el rayo incidente

Le

nte

Hoja milimetrada

Fuente de Luz

Normal θi θt


apunte al centro de la cara plana del lente Cada miembro del equipo deberá realizar al menos 2 mediciones distintas del ángulo de incidencia y refracción. 8. TABLAS DE RESULTADOS. Anote los resultados en la siguiente tabla, obteniendo previamente el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción. [0.4/5]

Medición 1 2 3 4 5 6 7 8

θi incidencia

θt refracción

Sen�θi

��t

Parte B:

9. Repita los pasos anteriores cambiando el lente por el lente con forma de rectángulo (Pasos 1 - 6), como se muestra en la figura 2 (a,b). En este caso no es necesario que el rayo incidente apunte al centro de la superficie plana. 10. Bajo esas condiciones, cambie el ángulo para el rayo incidente y registre: el ángulo de refracción con que emerge en la segunda cara (Θt2) y la distancia de desplazamiento d del rayo que emerge del acrílico en la siguiente tabla. Cada miembro del equipo deberá realizar al menos una medición distinta. En la figura 2b se muestra la distancia de desplazamiento d y una línea punteada dibujada paralela al rayo saliente del acrílico, esta representa la trayectoria que la luz tomaría si el acrílico no estuviera ahí. . [0.4/5]

Medición 1 2 3 4 5 6 7 8

θi incidencia

Θt2 refracción

d

Figura 2a Figura 2b

Hoja milimetrada

Le

nte

Fuente de Luz

d

θi

θt2


Parte C:

11. Varié el ángulo de incidencia sobre lente con forma de rectángulo hasta observar un ángulo de refracción de 900, identifique el ángulo crítico en la frontera aire-acrílico y 12. Cambie el ángulo de incidencia para producir una reflexión interna total. 13. Registre estos valores en la tabla a continuación. [0.2/5]

Angulo critico

Angulo refracción interna total

7. INFORME DE LABORATORIO 1. Grafique el seno del ángulo de incidencia [Sen(θi)] en función del seno del ángulo de refracción [Sen(θt)] y ajuste los datos a una recta. Anote las características de la ecuación obtenida. [0.2/5.0]

Sen

(θi)

Sen(θt)


2. ¿Qué significado tiene la pendiente de la gráfica? [0.2/5.0]

3. Determine el índice de refracción de la lente de acrílico y compárelo con el reportado en la literatura. [0.2/5.0]


4. ¿Cuáles son las principales fuentes de error en este experimento? Sea claro y concreto al señalarlas. [0.2/5.0]

5. ¿Qué tipo de dispositivos basan su funcionamiento en esta ley? [0.2/5.0]

Parte B:

6. Dentro de que margen de error puede afirmar que el ángulo de incidencia es igual al ángulo emergente ? Justifique su respuesta. [0.2/5.0]


7. Con el índice de retracción hallado en la parte A y las dimensiones del lente con forma de rectángulo, para cada ángulo de incidencia determine la distancia de desplazamiento teórica d y compárelas con las halladas experimentalmente. Determine el porcentaje de error promedio para esta práctica. [0.2/5.0]

Parte C:

8. Compare el ángulo crítico de la frontera aire-acrílico hallado experimentalmente con el teórico y determine su porcentaje de error experimental. [0.1/5.0]


9. CONCLUSIONES [0.1/5.0]

10. BIBLIOGRAFÍA [0.5/5.0]

4.

5.

3.

2.

1.

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