Info Fis200L (Optica Geometrica - I)
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO BASICO LABORATORIO DE FISICA III FIS – 200 200 L
OPTICA GEOMETRICA-I
ING. JUAN CARLOS MARTINEZ GRUPO “H”
TITULO DEL EXPERIMENTO: DOCENTE: ESTUDIANTE:
ÓPTICA G EOM ETRICA -I
ING. JUAN CARLOS MARTINEZ UNIV. ALVARO BALLIVIAN VILLEGAS
CARRERA:
ING. PETROLERA
GRUPO:
H
GESTION:
I / 2012
FECHA DE REALIZACIÓN:
14 DE JUNIO DE 2012
FECHA DE ENTREGA:
28 DE 28 DE JUNIO DE 2012
LA PAZ – BOLIVIA
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO BASICO LABORATORIO DE FISICA III FIS – 200 L
OPTICA GEOMETRICA-I
ING. JUAN CARLOS MARTINEZ GRUPO “H”
1. OBJETIVO GENERAL
Analizar las leyes de la reflexión y refracción de la luz en superficies planas mediante la óptica geométrica.
2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar el índice de refracción de un material transparente usando un cuerpo semicilíndrico y prismas. Comprobar el desplazamiento lateral de un rayo que atraviesa una placa. Realizar los cálculos pertinentes. Comparar resultados .
3. TEORIA El comportamiento de la luz puede estudiarse desde el punto de vista de la óptica geométrica si los objetos que la luz encuentra en su camino tienen dimensiones laterales mucho mayores que su longitud de onda. En estas condiciones, la luz parece avanzar en líneas rectas que pueden representarse como rayos. 1. Reflexión y refracción. En la Figura 1 se tienen dos medios uniformes diferentes separados por una superficie o frontera plana. Un rayo luminoso, el rayo incidente, se propaga inicialmente en el medio 1 y, al llegar al límite con el medio 2, da lugar a un rayo reflejado que retorna al medio 1 y a un rayo refractado que pasa al medio 2.
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Este fenómeno está regido por las tres leyes que se exponen a continuación:
Los rayos incidente, reflejado y refractado y la normal a la frontera en el punto de incidencia se encuentran en el mismo plano.
El ángulo de incidencias es igual al ángulo de reflexión ; o sea
Los ángulos de incidencia y refracción están relacionados mediante:
Siendo n 1 y n2 constantes características de los medios 1 y 2 respectivamente, conocidas como índices de refracción.
Si aumenta tanto que se hace igual a 90º, a partir de entonces dejará de existir rayo refractado, situación que se conoce como de reflexión total y el ángulo de incidencia mínimo que da lugar a esta situación se conoce como ángulo crítico, que según la ecuación (2) está dado por
De donde se concluye que puede existir reflexión total si n 2 es menor que n 1. 2. Lu z a tr avé s de u n pr is m a. En la figura 2 se tiene un prisma de un material con índice de refracción n 2 y con un ángulo superior ϕ, que se encuentra en un medio con índice de refracción n 1. Un rayo luminoso incide sobre una cara del prisma con un ángulo de incidencia . Después de refractarse en la segunda cara del prisma, el rayo emerge con un segundo ángulo de refracción, Respecto de su dirección original, el rayo se desvía un ángulo .Puede demostrarse que el ángulo de trayectoria del rayo es simétrico respecto de la bisectriz de ϕ. En estas condiciones,
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3. Lu z a tr avé s d e un a plac a. En la Figura 3 se tiene una placa de un material con índice de refracción y con espesor e , que se encuentra en un medio con índice de refracción n 1. Un rayo luminoso incide sobre una cara de la placa con un ángulo de incidencia . Después de refractarse en la segunda cara de la placa, el rayo emerge con un segundo ángulo de refracción, . Puede demostrase que ; es decir, que el rayo emergente es paralelo al rayo incidente y que su desplazamiento lateral es:
√
Para obtener el porcentaje de diferencia entre los datos experimentales y los datos teóricos se usa:
||
4. EQUIPO Y MATERIALES
Cuerpo tranparente semicilíndrico. Fuente de tensión continúa. Medidor de ángulos. Regla
5. DESARROLLO o
PARTE 1:
Reflexión y refracción.
a) Montar el arreglo de la figura 4, con el que se estudiara la reflexión y refracción en la cara plana del cuerpo tranparente semicilíndrico. b) La fuente luminosa opera con 12 [V] obtenidos de una fuente de tensión continua. c) La rejilla permite seleccionar el número de rayos requerido. d) El punto de incidencia es el centro de la cara plana del cuerpo.
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e) Ajustar la posición del cuerpo transparente, indicada en el círculo medidor, de manera que para 0[º] de ángulo de incidencia, el rayo refractado no sufra desviación. f) Llenar la Tabla 1 de la hoja de datos variando el ángulo de incidencia. g) En el arreglo de la figura 4 colocar el cuerpo transparente en forma diametralmente opuesta a la representada. h) Llenar la Tabla 2 en forma similar a la Tabla 1.
o
PARTE 2:
Luz a través de un prisma
a) En una hoja de papel blanco trazar una línea recta y, con la fuente luminosa, dirigir un rayo sobre esa línea. b) Colocar un prisma de 45º de manera que el rayo incida sobre el prisma, como en la figura 5. c) Girar el prima de modo que el ángulo de desviación , sea mínimo y dibujar dos puntos sobre la trayectoria del rayo emergente. d) Trazar una línea recta que pase por estos dos puntos y que corte a la primera línea. e) Medir el ángulo de desviación mínimo f) Repetir el punto anterior para un prisma de 60º.
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o
PARTE 3:
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Luz a través de una placa
a) Con la fuente luminosa dirigir un rayo sobre el diámetro 90º - 90º del circulo medidor de ángulos. b) Colocar el cuerpo tranparente que se usara a manera de una placa de espesor e, como se aprecia en la Figura 6. c) El punto de incidencia es el centro de la cara más grande del cuerpo, que coincide con el centro del circulo medidor y el ángulo de incidencia, , puede medirse como se muestra. d) Llenar la Tabla 3 variando el ángulo de incidencia y midiendo el desplazamiento lateral del rayo emergente, x.
6. DATOS (HOJA ADJUNTA)
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7. CALCULOS o
PARTE 1: I)
Reflexión y refracción. En base a las Tablas 1 y 2 de la hoja de Datos, verificar la igualdad de los ángulos de incidencia y reflexión.
Para esto utilizamos las ecuación (6), así calculamos el % de diferencia: Tabla 1 (n 1 >n 2 ) %dif 1 [º] 1 [º] ’
0 10 20 30 40 50 60 70
0 9 20 30 38 50 60 69
0% 10% 0% 0% 5% 0% 0% 1.429%
Tabla 2 (n 1 n 2 ) %dif 1 [º] 1 [º] ’
0 10 20 30 40 50 60 70
0 9 20 30 38 50 60 69
0% 10% 0% 0% 5% 0% 0% 1.429%
Tabla 2 (n 1
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