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Práctica No.4 “Propagación de la luz”
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
QUÍMICA INDUSTRIAL
FÍSICA DE ONDAS
PRACTICA 4.” Propagación de la luz”
Tema: Ondas luminosas NOMBRES: CANUTO HERNÁNDEZ CÉSAR GABRIEL CHAVERRI SÁNCHEZ STEFANI DUEÑAS TORRES JOSUÉ FRANCISCO GONZÁLEZ CAMACHO YENNY YAMILET RAMÍREZ JIMÉNEZ MARIO RAMÍREZ MORALES MARTÍN
GRUPO: 1351A
SEMESTRE: 2017-I
Cuautitlán Izcalli, estado de México a 19 de septiembre de 2016.
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
OBJETIVOS. I. II.
Observar la inducción de ondas electromagnéticas por medio del osciloscopio. II. Realizar mediciones de irradiación o intensidad luminosa (para el caso de la luz visible).
Conceptos necesarios. 1. 2. 3. 4.
Ley de Reflexión Ley de Refracción (Ley de Snell) Ley de la Reflexión interna total Índice de Refracción
CUESTIONARIO PREVIO. 1. Rayo de luz Es la línea imaginaria que representa la dirección por la que la luz se propaga. Puede decirse que el rayo de luz es una construcción teórica para referirse al recorrido que realiza la energía lumínica. Debido a ciertos fenómenos físicos que pueden desarrollarse, la noción puede carecer de lógica en algunos contextos. 2. Leyes de reflexión de la luz. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
3. Principio de Fermat.
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
Este principio afirma, que la trayectoria real que sigue un rayo de luz entre dos puntos es aquella en la que emplea un tiempo mínimo en recorrerla.
4. Leyes de reflexión de la luz Ley de reflexión Imaginemos que un rayo emitido por S se refleja en A y llega a P. La longitud del camino seguido por este rayo es SAP, y esta longitud es igual a S’AP, siendo S’ la fuente puntual S reflejada en la superficie. Esta línea es quebrada y por tanto, de mayor longitud que la línea recta S’BP, que tiene igual longitud que SBP. Para la línea SBP, el ángulo de incidencia θi (que forma el rayo incidente, con la normal a la superficie reflectante) es igual al ángulo de reflexión θr (que forma el rayo reflejado con dicha normal.
Ley de refracción el tiempo que tarda un rayo de luz en ir de la fuente S hasta llegar al observador P. El primer tramo SO lo recorre en el primer medio con velocidad v1, y el segundo tramo OP lo recorre en el segundo medio con una velocidad v2.
El tiempo t es una función de la posición x de O. La función t(x) tendrá un mínimo en la posición x en la que se cumple que la derivada primera de t respecto de x a cero
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
Esto es equivalente a escribir:
Que es la ley de Snell de la refracción. 5. Índice de refracción Valor numérico que expresa la relación entre los senos de los ángulos de incidencia y refracción. El índice de refracción ( ) de un medio material se define como el cociente de la velocidad de la luz en el vacío ( ) y la velocidad de la luz en el medio ( ).
6. Tabla de valores de algunas sustancias
7. Reflexión interna total Es un fenómeno que sólo ocurre cuando la luz pasa de un medio con mayor índice de refracción a uno con menor índice de refracción. Se produce cuando un rayo de luz incide con un ángulo mayor al ángulo crítico.
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
Material y equipo. 1 Espejo 1 Laser 1 Disco óptico 1 Riel acanalado. 1 Semicírculo de Lucita. 1 Pantalla blanca. 1 Flexómetro 2 Soporte universal con pinzas. Desarrollo I.- REFLEXION DE LA LUZ. a) Coloque el láser sobre el riel e instale el disco graduado, como la base de éste está desnivelado coloque la parte baja frente al láser. b) Accione el interruptor del láser a la posición “on” (encendido), apague la luz del aula, coloque el láser de tal manera que el rayo pase por la línea de 0° c) Fije el disco graduado a la mesa de trabajo con masking tape por los lados a) Encienda la luz y coloque un espejo a la mitad del disco (sobre la línea de 90°), perpendicular a la línea de 0°. b) Apague la luz del aula, gire el disco graduado (sentido horario ó antihorario) para los ángulos de incidencia de la tabla 3.2. 1.- Anote los valores de reflexión TABLA 3.2 Ángulo de incidencia
Ángulo de reflexión
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
1 0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 2.- ¿se cumple la ley de la reflexión?
Sí
3.- Evidencia
II.- REFRACCION DE LA LUZ. d) Quite el espejo, verifique que el rayo del láser pase por la línea de 0 grados. e) Coloque el semicírculo de Lucita por su lado plano frente al rayo láser, el centro del semicírculo debe quedar en el centro del disco graduado y perpendicular al rayo de luz f) Apague la luz del aula, gire el disco graduado (hacia la izquierda o derecha) para los ángulos de incidencia de la tabla 3.3. 4.- Anote los valores refracción y cálculos requeridos Ángulo de incidencia 10 20 30 40 50
Ángulo de refracción 5 12 18 27 32
sen
sen
0.173648178 0.342020143 0.5 0.64278761 0.766044443
0.087155743 0.207911691 0.309016994 0.4539905 0.529919264
1.9923894 1.64502603 1.61803399 1.41586137 1.44558708
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
60 70 80
38 40 40
0.866025404 0.939692621 0.984807753
0.615661475 0.64278761 0.64278761
1.40665843 1.4619022 1.53208889
5.- Graficar sencontra sen 1.2 1
0.984807753 0.939692621 0.866025404 0.766044443
Axis Title
0.8 0.64278761
0.6 0.5 0.4 0.2
0.342020143 0.173648178
0
Axis Title sen0_1
6.-Obtenga el valor de la pendiente (describir método utilizado)
7.-¿Qué relación guarda el valor de la pendiente obtenido en el punto 6, con la ley de Snell? 8.-Calcular el índice de refracción con la expresión m=n2/n1 9.-Obtener el promedio de n2 de la tabla 3.2 10.-¿El valor experimental del índice de refracción del material utilizado (Lucita) coincide con el valor dado en la tabla? III.- REFLEXION INTERNA TOTAL. g) Gire el disco graduado de tal manera que el haz de luz entre por la parte curva del semicírculo de lucita (figura 3.6), cuide que su centro de curvatura coincida con el centro del disco graduado (verifique que el rayo del láser pase por la línea de 0 grados).
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
h) Gire lentamente el disco graduado hasta que observe la reflexión interna total. i) Muestre en un dibujo la normal, los rayos y ángulos (de incidencia, reflexión y refracción) 11.12.13.14.- CONCLUSIONES Bibliografía (1) Física Conceptos y Aplicaciones; Paul E. Tippens; Mc Graw Hill, 7a Edición. (2) Física Vol I, Resnick, Grupo Editorial Patria.5a edición. (3) Física para Ciencias e Ingeniería, Vol. I; Giancoli; Pearson, 4a Edición. (4) Óptica; Eugene Hecht; Pearson, Addison Wesley; 3a Edición. (5) Física Fundamentos y Aplicaciones, Vol. II; Robert M. Eisberg; Mc Graw Hill, 4a Edición
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
QUÍMICA INDUSTRIAL
FÍSICA DE ONDAS
PRACTICA 4.” Propagación de la luz”
Tema: Ondas luminosas NOMBRES: CANUTO HERNÁNDEZ CÉSAR GABRIEL CHAVERRI SÁNCHEZ STEFANI DUEÑAS TORRES JOSUÉ FRANCISCO GONZÁLEZ CAMACHO YENNY YAMILET RAMÍREZ JIMÉNEZ MARIO RAMÍREZ MORALES MARTÍN
GRUPO: 1351A
SEMESTRE: 2017-I
Cuautitlán Izcalli, estado de México a 19 de septiembre de 2016.
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
OBJETIVOS. I. II.
Observar la inducción de ondas electromagnéticas por medio del osciloscopio. II. Realizar mediciones de irradiación o intensidad luminosa (para el caso de la luz visible).
Conceptos necesarios. 1. 2. 3. 4.
Ley de Reflexión Ley de Refracción (Ley de Snell) Ley de la Reflexión interna total Índice de Refracción
CUESTIONARIO PREVIO. 1. Rayo de luz Es la línea imaginaria que representa la dirección por la que la luz se propaga. Puede decirse que el rayo de luz es una construcción teórica para referirse al recorrido que realiza la energía lumínica. Debido a ciertos fenómenos físicos que pueden desarrollarse, la noción puede carecer de lógica en algunos contextos. 2. Leyes de reflexión de la luz. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
3. Principio de Fermat.
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
Este principio afirma, que la trayectoria real que sigue un rayo de luz entre dos puntos es aquella en la que emplea un tiempo mínimo en recorrerla.
4. Leyes de reflexión de la luz Ley de reflexión Imaginemos que un rayo emitido por S se refleja en A y llega a P. La longitud del camino seguido por este rayo es SAP, y esta longitud es igual a S’AP, siendo S’ la fuente puntual S reflejada en la superficie. Esta línea es quebrada y por tanto, de mayor longitud que la línea recta S’BP, que tiene igual longitud que SBP. Para la línea SBP, el ángulo de incidencia θi (que forma el rayo incidente, con la normal a la superficie reflectante) es igual al ángulo de reflexión θr (que forma el rayo reflejado con dicha normal.
Ley de refracción el tiempo que tarda un rayo de luz en ir de la fuente S hasta llegar al observador P. El primer tramo SO lo recorre en el primer medio con velocidad v1, y el segundo tramo OP lo recorre en el segundo medio con una velocidad v2.
El tiempo t es una función de la posición x de O. La función t(x) tendrá un mínimo en la posición x en la que se cumple que la derivada primera de t respecto de x a cero
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
Esto es equivalente a escribir:
Que es la ley de Snell de la refracción. 5. Índice de refracción Valor numérico que expresa la relación entre los senos de los ángulos de incidencia y refracción. El índice de refracción ( ) de un medio material se define como el cociente de la velocidad de la luz en el vacío ( ) y la velocidad de la luz en el medio ( ).
6. Tabla de valores de algunas sustancias
7. Reflexión interna total Es un fenómeno que sólo ocurre cuando la luz pasa de un medio con mayor índice de refracción a uno con menor índice de refracción. Se produce cuando un rayo de luz incide con un ángulo mayor al ángulo crítico.
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
Material y equipo. 1 Espejo 1 Laser 1 Disco óptico 1 Riel acanalado. 1 Semicírculo de Lucita. 1 Pantalla blanca. 1 Flexómetro 2 Soporte universal con pinzas. Desarrollo I.- REFLEXION DE LA LUZ. a) Coloque el láser sobre el riel e instale el disco graduado, como la base de éste está desnivelado coloque la parte baja frente al láser. b) Accione el interruptor del láser a la posición “on” (encendido), apague la luz del aula, coloque el láser de tal manera que el rayo pase por la línea de 0° c) Fije el disco graduado a la mesa de trabajo con masking tape por los lados a) Encienda la luz y coloque un espejo a la mitad del disco (sobre la línea de 90°), perpendicular a la línea de 0°. b) Apague la luz del aula, gire el disco graduado (sentido horario ó antihorario) para los ángulos de incidencia de la tabla 3.2. 1.- Anote los valores de reflexión TABLA 3.2 Ángulo de incidencia
Ángulo de reflexión
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
1 0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 2.- ¿se cumple la ley de la reflexión?
Sí
3.- Evidencia
II.- REFRACCION DE LA LUZ. d) Quite el espejo, verifique que el rayo del láser pase por la línea de 0 grados. e) Coloque el semicírculo de Lucita por su lado plano frente al rayo láser, el centro del semicírculo debe quedar en el centro del disco graduado y perpendicular al rayo de luz f) Apague la luz del aula, gire el disco graduado (hacia la izquierda o derecha) para los ángulos de incidencia de la tabla 3.3. 4.- Anote los valores refracción y cálculos requeridos Ángulo de incidencia 10 20 30 40 50
Ángulo de refracción 5 12 18 27 32
sen
sen
0.173648178 0.342020143 0.5 0.64278761 0.766044443
0.087155743 0.207911691 0.309016994 0.4539905 0.529919264
1.9923894 1.64502603 1.61803399 1.41586137 1.44558708
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
60 70 80
38 40 40
0.866025404 0.939692621 0.984807753
0.615661475 0.64278761 0.64278761
1.40665843 1.4619022 1.53208889
5.- Graficar sencontra sen 1.2 1
0.984807753 0.939692621 0.866025404 0.766044443
Axis Title
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0.342020143 0.173648178
0
Axis Title sen0_1
6.-Obtenga el valor de la pendiente (describir método utilizado)
7.-¿Qué relación guarda el valor de la pendiente obtenido en el punto 6, con la ley de Snell? 8.-Calcular el índice de refracción con la expresión m=n2/n1 9.-Obtener el promedio de n2 de la tabla 3.2 10.-¿El valor experimental del índice de refracción del material utilizado (Lucita) coincide con el valor dado en la tabla? III.- REFLEXION INTERNA TOTAL. g) Gire el disco graduado de tal manera que el haz de luz entre por la parte curva del semicírculo de lucita (figura 3.6), cuide que su centro de curvatura coincida con el centro del disco graduado (verifique que el rayo del láser pase por la línea de 0 grados).
Práctica No.4 “Propagación de la luz”
h) Gire lentamente el disco graduado hasta que observe la reflexión interna total. i) Muestre en un dibujo la normal, los rayos y ángulos (de incidencia, reflexión y refracción) 11.12.13.14.- CONCLUSIONES Bibliografía (1) Física Conceptos y Aplicaciones; Paul E. Tippens; Mc Graw Hill, 7a Edición. (2) Física Vol I, Resnick, Grupo Editorial Patria.5a edición. (3) Física para Ciencias e Ingeniería, Vol. I; Giancoli; Pearson, 4a Edición. (4) Óptica; Eugene Hecht; Pearson, Addison Wesley; 3a Edición. (5) Física Fundamentos y Aplicaciones, Vol. II; Robert M. Eisberg; Mc Graw Hill, 4a Edición
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