PREPARACION PARA EL LABORATORIO NRO 1

LABORATORIO DE FSICAPFR

TEMA: Anlisis Grafico. Cantidad de CalorCODIGOGG1010

SEMESTREI

GRUPOH

1. Introduccin

El laboratorio es para al finalizar ste, se logr un ptimo aprendizaje sobre la naturaleza, ley de la distancia y reflexin de la luz.Donde se va a comprobar experimentalmente la intensidad de una onda luminosa.

En este laboratorio se hallarn datos con ayuda de sensor de luz, fuentes luminosas y el programa Capstone.Usando la teora y con los datos obtenidos se aprender a hallar los datos requeridos.Tambin veremos la reflexin de la luz en diferentes ngulos.2. Objetivos:

Comprobar experimentalmente la variacin de fuentes luminosas alimentadas AC y DC. Comprobar experimentalmente que la intensidad de una onda luminosa disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente luminosa. Estudiar las imgenes formadas en un espejo plano. Deducir las leyes de la reflexin de la luz.

Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales utilizando como herramienta el programa Capstone.

3. Indicaciones de Seguridad Anlisis de Trabajo Seguro (ATS)

NTAREASRIESGOS IDENTIFICADOSMEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO

1Inspeccionar rea de trabajoObstruccin de obstculos como

sillas y mesas Buscar rutas de escape, zonas seguras.

2Tener cuidado con los

espejosYa que el menor descuido de estos y

se romperan y ocasionaran un corte

o un accidente

Poner en un lugar adecuado los espejos

3Tener cuidado al hacer la conexin del foco a la fuenteYa que por la mala conexin

ocurrira una descarga

Hacer la conexin de la forma

Correcta y verificar que esta

est bien

Advertencias

ADVERTENCIA

4. Fundamentos tericosFUNDAMENTO TERICO

Naturaleza de la luz

Las bombillas elctricas se alimentan con un voltaje de 50 Hz (o 60 Hz) en algunos pases) de onda sinusoidal. La amplitud mxima del voltaje, y en consecuencia del brillo, tiene lugar dos veces por ciclo debido a que la bombilla es excitada cuando se incrementa el voltaje sin importar la polaridad de este. Una bombilla elctrica tendr una intensidad mxima 10 veces por segundo (o 120 veces por segundo). Tendr del mismo modo una intensidad mnima 100 veces por segundo (o 120 veces por segundo).

Las luces fluorescentes pardean a una frecuencia particular. La intensidad de la luz procede de bombillas que tambin fluctan. La intensidad de la luz procedente de bombillas DC no debe variar.

Intensidad luminosa

Cuando una fuente puntual emite luz con una potencia (P) constante y el medio de propagacin es isotrpico y no absorbente de energa, los frentes de onda son esfricos. De este modo, la energa por unidad de tiempo (P) se distribuye uniformemente sobre el rea de una superficie esfrica de radio (r).

Por ello, la intensidad de la onda (potencia media por unidad de rea) resulta ser:

Es decir la intensidad de la luz a una distancia dada r, ser proporcional al cuadrado de su radio r, la intensidad variar como 1/r2.

Los campos elctricos y gravitatorios tambin son funciones que responde a la ley de la inversa al cuadrado.

Reflexin

Al cambio de direccin que experimenta la luz al llegar a una superficie pulida se le llama reflexin.

En casi cada momento de la vida diaria se encuentran experiencias que son consecuencias de la reflexin de la luz. Usted est leyendo estas lneas gracias a que la luz que se refleja en la superficie, se observa en un espejo por la luz reflejada sobre l.

El principio o la ley de la reflexin de la luz, se aplica en las experiencias que se acaban de describir y en muchos otros. La ley de la reflexin se puede ver desde otro punto de vista diferente que viene del

Principio de Fermat que establece que De todos los posibles caminos puede tomar la luz para desplazarse, toma siempre aquel que lo lleva a recorrer en el tiempo ms corto o dicho de otro modo La trayectoria real entre dos puntos tomados por su haz de luz es aquella que es recorrida en el tiempo mnimo.

La reflexin especular se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie pulida como un espejo, mientras que cuando la reflexin se produce sobre una superficie rugosa se denomina reflexin difusa. En el caso particular de la reflexin especular (generalmente cuando se habla de reflexin se hace referencia a este tipo) se cumple lo que se denomina la ley de reflexin:

i = i

Que nos indica que el ngulo de incidencia es igual al ngulo de reflexin.

El ndice de refraccin de un medio se define como:

Y esto es igual a: c/vYa que se sabe que la velocidad de la luz (v) cambia de acuerdo al medio en que atraviese, as tambin como la longitud de onda () mientras que la frecuencia (f) permanece constante.

Recordemos que la velocidad de una onda se relaciona con la frecuencia (f) y la longitud de onda () de acuerdo con la siguiente relacin:

v = f

5. Materiales y equipos de trabajo Figura1. Programa Pasco Capstone Figura 5. Sensor de luz Figura 2. Tansportador Figura 6. Espejos planos

Figura 3. Interfase Usb link Figura 7. Fuente luminosa6. Procedimientos y resultados

Figura 8. Montaje 1

Figura 9. Trazo de flecha

Figura 10. Esquema de los espejos

Imagen 11. Segundo montaje

Figura 12. Flecha reflejada.7. Observaciones En este laboratorio se observ la variacin de la intensidad de luz tomadas de diferentes distancias. A mayor distancia esta ser de menor intensidad.

Para esto se debe de tener mucho cuidado ya que cualquier espectro de luz ambiente altera el resultado.

Entonces es adecuado hacerle cierta sombra, evitando que entren rayos de luz exteriores y as obtener ptimos resultados.

Para la parte de reflexin de la luz al colocar los espejos de forma adyacente, nos daremos cuenta que a menor ngulo ms reflejos se vern en los espejos. Donde nos damos cuenta que si se coloca ngulo de 30 se aprecian 12 imgenes, si se coloca 60 se aprecian 6 imgenes lo cual nos damos cuenta que cumple la formula que el numero de imgenes es igual a 360 entre el ngulo a solicitar. 8. Conclusiones:

Se logr comprobar experimentalmente la variacin de fuentes luminosas alimentadas AC y DC a travs del programa PASCO Capston.

Se comprob experimentalmente que la intensidad de una onda luminosa disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente luminosa esto se comprob a travs de los instrumentos dados en el laboratorio.

Se logr estudiar las imgenes formadas en el espejo plano a travs de los instrumentos dados como son el espejo.

Se dedujo las leyes de reflexin de la luz a travs de las formulas aplicadas en cada paso del laboratorio.

Se configuro e implemento los equipos para toma de datos experimentales a travs del Data Studio.

9. Bibliografa:10. Cuestionario:

5.1.1 Arrastre el icono TFR (Transformada rpida de Fourier) sobre los datos del foco incandescente alimentado con AC. Ajuste la presentacin del rango de modo que pueda verse claramente. Interprete los resultados. Qu significa el hecho de que se encuentre (o no) un valor de frecuencia?

Como se puede observar en las grficas del procedimiento al aplicar la transformada rpida de Fourier se encontr que esta que vendra a ser la intensidad luminosa varia respecto a la distancia y al tipo de fuente ya sea alterna o continua

1.2 Cul es el comportamiento de la grfica para la bombilla incandescente AC? Interprete.

Tiene un comportamiento sinusoidal ,ya que la bombilla incandescente es alimentada con corriente alterna pero como la tensin varia con respecto al tiempo entre valores positivos y negativos el sensor de luz es capaz de registrar estos cambios en la intensidad luminosa y registrando as una onda.

2.1 Con los datos obtenidos determine la dependencia de la intensidad con la distancia. Cul ajuste escogera? Por qu?

Seleccionamos el ajuste inverso de grado n ya que los datos tomados durante el experimento describen el tipo de trayectoria de una grfica de la funcin 1/x.

2.2 Anote los resultados del ajuste que escogi.

La frmula para el ajuste inverso de grado n es:

Dnde:

A=4,450,55

B=0,2691,2

n=2,050,076

2.3 Qu es una fuente de luz isotrpica?

Una fuente isotrpica es aquella que emite uniformemente luz en todas direcciones.3.1 Cul es la relacin entre el ngulo de incidencia y el de reflexin para un espejo plano? Demuestre geomtricamente.

Se llama ngulo de incidencia (i) al ngulo formado por el rayo incidente y la normal, la normal es la recta imaginaria perpendicular formada en el punto de separacin de los dos medios en el punto de contacto del rayo.

El ngulo de reflexin (r) es el formado por el rayo reflejado y la normal.

Por esto concluimos que en un espejo plano i = r

3.2 Cules son los valores de los ngulos de incidencia y reflexin respectivamente?

Tomando en consideracin que los ndices de refraccin son:

Vidrio = 1.5 = n1

Aire = 1 =n2

Y empleando la siguiente formula:

Podemos hallar el ngulo de incidencia y reflexin:

Espejos a 30o

o

Espejos a 45O

o

Espejos a 60o

o

Espejos a 90o

o

Espejos a 120o

o

3.3 Compare la distancia de un punto de la flecha, a la superficie reflectora con la

Distancia de la imagen correspondiente a la misma superficie reflectora y repita con otros puntos Qu conclusiones deduce de ello?

La distancia es la misma ya que se puede deducir que la imagen virtual est a la misma distancia de la fuente reflectora que de la imagen real.

3.4 Indicar sus observaciones que la imagen virtual formada por un espejo plano es idntica al objeto. De no ser as Cmo describira la diferencia entre ellos?

La imagen virtual formada es igual al objeto reflejadoya que se aplican las leyes de la reflexin para espejos planos.

El rayo marcha perpendicular a las ondas siempre cuando un rayo incide en una superficie plana, pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos q se refleja y cumple las llamadas leyes de la reflexin:

El rayo incidente forma con la normal un ngulo de incidencia que es igual al ngulo que forma el rayo reflejado con la normal

El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal estn en un mismo plano.

3.5 Algunos instrumentos de medicin tienen espejos planos en la escala colocada detrs del ndice. El observador debe tomar la lectura cuando el ndice est exactamente sobrepuesta su imagen en el espejo, Por qu con este procedimiento se obtiene lecturas ms precisas?

Si el rayo de incidencia coincide con la normal este rebota sobre s mismo, en este caso ambos ngulos son 0. Como el ngulo es 0, el valor medido ser el ms preciso si los ngulos de incidencia y el reflejado no fueran 0 el valor medido sera un valor errneo al tener un punto de referencia equivocado.

3.6 Para el experimento de la formacin de mltiples imgenes, esta cumple con la

Ecuacin: Nmero de imgenes = (360 / ngulo entre espejos) 1

Cul es el nmero mximo que usted puede observar en esta configuracin?

Mientras ms pequeo sea el ngulo formado por los espejos mayor ser el nmero de imgenes formadas.

De nuestra experimentacin se obtuvieron 11 imgenes colocando los espejos a 30o

Problemas:

1. Incluso los mejores espejos absorben o trasmiten parte de la luz que inciden sobre ellos. Los espejos de la ms alta calidad 99.997 % en la intensidad de la luz incidente. Suponga que una habitacin cbica de 3 metros de arista, se construy con tales espejos para paredes, piso y techo. Qu tan lento se oscurecera tal habitacin? Estime el tiempo requerido para que el nivel de la luz en dicha habitacin disminuya a 1 % de su valor inicial despus de que se desconecta la nica fuente de luz en la habitacin.

Solucin

Tenemos arista de 3m la mxima distancia es 3 metros y la mnima 1.5m asumiendo que el foco luminoso est ubicado en el centro tendramos un mximo de n veces chocando contra las paredes y el otro caso sera n-1/2 veces chocando contra las paredes tomamos el mximo valor seria n veces tres metros este sera 3n entonces con esta distancia tendramos.

Tiempo =3n/(3x10^8) segundos

Ahora los choque sern hasta disminuir a 0.01 entonces tenemos :

0.01 = 0.997 +0.997^2+0.997^3+0.997^4+0.997^5 +0.997^6+0.997^7.+0.997^n

Entonces n= 99.84 choques2. Una estudiante de fsica est viendo un tambor de acero cuya parte superior tiene la forma aproximada de una superficie esfrica cncava. La superficie est suficientemente pulida, de modo que apenas puede hacer la reflexin de su dedo cuando lo coloca sobre el tambor. Cuando ella mueve su dedo lentamente hacia la superficie y luego lo aleja, usted le pregunta que est haciendo. Ella contesta que est estimando el radio de curvatura del tambor, como puede hacer eso.