UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ

CENTRO REGIONAL DE AZUERO

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

FÍSICA III

Laboratorio # 3

“REFRACCIÓN DE LA LUZ”

Facilitador

Héctor Vergara

Integrantes

Delgado, Humberto

Martínez, Vicente

Ordóñez, Yahir

Vargas, Catalino

Realizado el 7 de Octubre

Entregado el 14 de Octubre

Segundo Semestre 2010

INTRODUCCIÓN

La refracción como hemos visto anteriormente es un fenómeno que se produce

al pasar un haz de luz a través de una superficie que posee propiedades

diferentes al medio en que se está propagando la misma, lo cual ocasiona

desviación en la trayectoria de dicho haz.

Haciendo un recuento de las características de este fenómeno, debemos aclarar

un concepto como lo es, el índice de refracción, que es la propiedad de los

materiales que ocasiona la reducción de la velocidad de propagación de la luz.

Esta característica da origen al efecto de refracción, ya que si efectuamos

experiencias como las que observamos en este laboratorio nos podemos

percatar que cuando el índice de refracción del lugar de incidencia es menor que

el material sobre el cual recae el haz de luz, la velocidad de esta disminuye y por

lo tanto su ángulo de inclinación cambia al cruzar la segunda superficie. De esta

manera ocurre la refracción.

Esta experiencia como se muestra en el informe resultó de gran interés, ya que

estudiamos un fenómeno muy común en nuestra vida diaria. Para este

laboratorio se emplearon procesos sencillos los cuales nos permitieron tomar

una serie de datos a través de la realización de cálculos; y como se podrá

percatar dichos cálculos nos facilitaron la elaboración de gráficos para explicar

con mayor claridad los efectos observados.

MARCO TEÓRICO

Uno de los fenómenos ópticos más importantes que ocurren en la naturaleza es el de la refracción de la luz

al pasar de un medio a otro. Se nota claramente que los rayos cambian de dirección al pasar por ejemplo

del aire al agua. Resulta conveniente estudiar la refracción de la luz en función del ángulo de incidencia y

el ángulo de refracción. En esta experiencia investigaremos la relación que existe entre estos dos ángulos

cuando la luz pasa de un medio a otro y también calcularemos el índice de refracción de varias sustancias

empleando la ley de Snell.

La luz viaja a diferentes velocidades en medios distintos. Cuando los rayos luminosos pasan a

determinado ángulo de un medio a otro, se refractan o desvían de la frontera entre los dos medios. Si un

rayo luminoso entra a cierto ángulo en un medio óptico más denso, se desvía hacia la normal. Si un rayo

luminoso entra a cierto ángulo en un medio óptico menos denso, al desviarse, se aleja en la frontera de los

medios.

El índice de refracción de una sustancia n, es el cociente entre la velocidad de la luz en el vació (c) y su

velocidad en la sustancia Vs, de modo que:

Todos los índices de refracción son mayores que uno, porque la luz siempre viaja más lento en un

medio diferente al vació. El índice de refracción también se obtiene mediante la ley de Snell, la cual

establece que un rayo de luz se desvía de manera que el cociente entre el seno del ángulo de incidencia

y el seno del ángulo de refracción es constante.

La ley de Snell puede escribirse como:

A cualquier rayo luminoso que viaja en diferentes medios, la ley de Snell, en una forma más

general puede escribirse así:

Donde n1, es el índice de refracción de primer medio y n2 es el índice de refracción del

segundo medio. El ángulo de incidencia es θ1 y el de refracción es θ2.

En la siguiente tabla, se proporcionan datos acerca de los índices de refracción de diversas

sustancias:

Sustancia Índice de refracción

Azúcar 1.56

Diamante 2.417

Mica 1.56-1.60

Benceno 1.504

Glicerina 1.47

Agua 1.333

Alcohol etílico 1.362

Aceite de oliva 1.46

Diagrama de Refracción:

En esta imagen se observa que n1 y n2 son los índices de refracción de los materiales, la línea

entrecortada delimita la línea normal, la cual es la línea imaginaria perpendicular a la

superficie. Los ángulos θ son los ángulos que se forman con la línea normal, siendo θ1 el

ángulo de la onda incidente y θ2 el ángulo de la onda refractada.

OBJETIVOS

Investigar la relación entre el ángulo de reflexión y el ángulo de refracción en función

del ángulo de incidencia.

Estudiar experimentalmente las leyes de reflexión y refracción de la luz.

Determinar experimentalmente el índice de refracción de una sustancia.

Determinar experimentalmente el índice de refracción del vidrio.

MATERIALES

Vidrio plano

Regla métrica

Transportador

Hoja de papel blanco

Hoja polar

Semicilindro de acrílico o vidrio de ± 15 cm de diámetro y 3 cm de altura

PROCEDIMIENTO

1. Coloque el vidrio plano en el centro del papel blanco. Use un lápiz para trazar el

contorno del vidrio.

2. Quite el vidrio y construya una normal NIB en la parte superior izquierda del

contorno, como muestra el diagrama N0 1.

diagrama 1 diagrama 2

3. Emplee su regla y transportador para dibujar una línea gruesa AB a un ángulo de 30°

con la normal. El ángulo ABN, es el ángulo de incidencia, θi.

4. Vuelva a colocar el vidrio sobre el contorno dibujado en el papel. Con sus ojos al nivel del

vidrio, mire a lo largo del borde del mismo lado opuesto a la línea AB hasta que localice la

línea gruesa a través del vidrio como se muestra en el diagrama N02. Apunte su regla

hacia la línea hasta que el borde de esta parezca una continuación de la línea. Dibuje la

línea CD como se indica en el diagrama N01.

5. Quite el vidrio y dibuje otra línea CB, que conecte las líneas CD y AB. Extienda la normal

NI B a lo largo del rectángulo formando una nueva línea N1B1.

6. Emplee un transportador para medir el ángulo CBN1. Este es el ángulo de refracción, θr.

Registre su valor en la tabla N0 1. Anote los valores de los senos de los ángulos θi y θr

en la tabla N0 1. Determine el cociente sen θi/sen θr y registre este valor en la tabla N0 1

como el índice de refracción, n.

7. Construya una normal N2 en el punto C. Mida el ángulo DCN2, el cual se llamara θr, y

registre este valor en la tabla No.1.

8. Voltee el papel y repita los pasos 1 a 7, pero ahora a un ángulo de incidencia de 45°.

Anote los datos en la tabla No.1 de nuevo, determine el índice de refracción a partir de

sus datos.

TABLA N0 1

θi θR sen θi sen θr θr n

30º 33.0 º 0.5 0.342 20.0º 1.46

45° 44.0 º 0.707 0.454 27.0º 1.56

TABLA N0 2

θ i θ r sen θ i sen θ r n

20.0º 12.0º 0.342 0.208 1.64

30.0º 20.0º 0.5 0.342 1.46

40.0º 24.0º 0.643 0.407 1.58

50.0º 28.0º 0.766 0.469 1.63

60.0º 34.0º 0.866 0.559 1.55

80.0º 38.0º 0.985 0.616 1.60

CÁLCULOS

1. Cálculo de los índices de refracción de la tabla N01:

2. Cálculo de los índices de refracción de la tabla N02:

3. En un grafico represente la relación de los senos en función del ángulo de incidencia, de la

tabla No.2. Represente además el cociente de los ángulos en función de los ángulos de

incidencia.

Gráfica

Senos vs Ángulos Incidentes

Gráfica

Cociente de los Ángulos vs Ángulos Incidentes

y = -9E-05x2 + 0.0197x

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100

y = 93.602x - 116.97

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0.5 1 1.5 2 2.5

4. Establezca la relación matemática de cada gráfico. Indique cual de las dos relaciones

es más exacta.

Expresión (Gráfica N01):

y = -9E-05x2 + 0,0197x

Expresión(Gráfica N02):

y = 93,602x - 116,97

5. Emplee sus resultados para calcular la velocidad aproximada de la luz cuando viaja a

través del vidrio, ¿en qué porcentaje la luz viaja más rápido en el vació que en el vidrio?

Porcentaje:

RESULTADOS

1. ¿Existe concordancia entre los valores para el índice de refracción del vidrio plano?

R: Los valores obtenidos fueron bastantes cercanos. Sabemos que para este

experimento el índice de refracción debería ser el mismo tomando en cuenta que es el

mismo material en toda la experiencia, pero por el margen de error experimental, los

valores son aproximados.

2. De acuerdo con su diagrama, cuando los rayos luminosos pasan a cierto ángulo de un

medio óptico menos denso. ¿Se refractan alejándose o acercándose a la normal?

R: Los rayos se refractan alejándose de la normal, ya que la velocidad de la luz no se ve

muy afectada, por lo cual no se dispersa con mucha facilidad.

3. Compare θi y θr. ¿La medida de θr es lo que se esperaba? Explique.

R: Considerando el índice de refracción calculado, es aceptable el comportamiento del

ángulo de refracción.

4. Del análisis gráfico de la tabla N02 ¿Qué relación matemática describe mejor la

refracción?

R: La relación matemática que describe mejor la relación, se presenta en su respectiva

gráfica.

ANEXOS

1. Observación de los ángulos de reflexión y refracción:

2. Observación de los efectos producidos con el semicilindro en la hoja polar:

3. Trayectoria descrita luego de usar el laser:

RECOMENDACIONES

Para el Profesor:

Desarrollar de forma dinámica los temas a tratar de modo que produzca en el

estudiante interés por las tareas a realizar.

Evitar la prolongación de temas en los laboratorios para así contar con tiempo

suficiente para efectuar la experiencia y quedar claro en lo que se este

realizando.

Evaluar el desarrollo de los laboratorios en el momento en que se están

realizando para así poder aclarar incertidumbres.

Para el estudiante:

Prestar atención a la explicación de cada laboratorio de modo que se pueda

obtener conocimiento práctico que le ayude a desenvolverse mejor en la

parte teórica de la materia.

Realizar buenos informes tratando siempre de cumplir con las indicaciones

establecidas por el facilitador.

Desenvolverse rápido en las horas de laboratorio para evitar que queden

pendientes los mismos.

CONCLUSIÓN

Al haber realizado este laboratorio hemos concluido que:

La refracción, un fenómeno óptico natural, se produce al pasar la luz de un medio a

otro. Por ejemplo, cuando miramos un lápiz dentro del agua este parece que

está torcido. Esto es causa de que los rayos cambian de dirección al pasar del aire

al agua.

El índice de refracción es una medida que establece la reducción de la

velocidad de la luz al propagarse por un medio. De forma más precisa, el

índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud.

Si un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo incide

sobre la superficie de un segundo medio homogéneo, parte de la luz es

reflejada y parte entra como rayo refractado en el segundo medio. Por

ende la cantidad de luz reflejada depende de la relación entre los índices

de refracción de ambos medios.

Aprendimos a determinar índices de refracción y por lo mismo a definirlo

operacionalmente, junto con el análisis de los ángulos critico y de

refracción.

Cada objeto al estar compuesto de materiales diferentes tiene su

respectico índice de refracción, el cual dependerá de las características

intrínsecas del material del cual está constituido el objeto.

Cabe destacar que con toda esta experiencia adquirida en el laboratorio

uno enfrenta con mayor seguridad los temas de la parte teórica.

BIBLIOGRAFÍA

N http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Refracci%C3%B3n.svg

N http://labiii.galeon.com/5indiceref.pdf

N Guía de la Laboratorio de Física III. Universidad Tecnológica de Panamá.

Edición 2008.

N Young, Hugh y Roger A., Freedman. Física Universitaria con Física

Moderna. Volumen 2, Decimosegunda Edición. Pearson Educación, 2009.