Laboratorio de óptica (óptica geométrica)

Leyes de reflexión y retracción

Oscar Javier Guarneros Huerta

Universidad Autónoma Metropolitana, Ignacio Zaragoza numero 39 colonia centro, 7491056527, matricula: 208305985, shaka_5189@hotmail.com

Resumen: En la física existe una rama que se encarga del estudio de la propagación de la luz, llamada óptica. A su vez existe la óptica geométrica la medula del estudio de las lentes y sus aplicaciones como el telescopio, dicho de esta manera tienes ciertas leyes y propiedades matemáticas que en esta práctica estudiaremos a fondo, tal es el caso de reflexión y refracción y las leyes de Snell. Descriptores: Angulo de incidencia, Angulo reflejado, Angulo refractado

1. Introducción Cuando una onda luminosa se encuentra con una carga eléctrico, el campo eléctrico oscilante hace que la carga oscile y se cree una nueva onda, varias carga eléctricas en línea pueden producir fuentes de ondas que salen en nuevas direcciones y si las cargas tienen facilidad para moverse como es el caso de los electrones en el interior de un metal, el resultado puede ser que la onda no penetre en absoluto, haciendo que la onda se refleje en su totalidad, de manera que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión y esto se cumple no importando la dirección del rayo. La reflexión puede escribirse de un modo diferente, de todas las trayectorias posibles desde la fuente primero al espejo y después a un destino, la trayectoria real es aquella que se recorre en el menor tiempo posible.

Observe en la imagen que el rayo incidente y reflejado tienen la misma magnitud de ángulo. Cuando un rayo de luz incidiendo en un cierto ángulo se encuentra con un trazo de vidrio un lado disminuye su velocidad formando al frente de onda a cambiar su dirección. Ese cambio de dirección de luz ya sea en un material transparente recibe el nombre de refracción La luz se refracta hacia la dirección más próxima hacia la perpendicular a la superficie de separación entre los dos medios siempre que entre en un medio que le haga disminuir su velocidad esto ocurre independientemente de la dirección que tenga el rayo.

Observe que cambia la trayectoria del ángulo incidente al entrar en un medio que cambia la velocidad de onda 2. Desarrollo El objetivo de la práctica es estudiar las leyes de reflexión y refracción de la luz de manera cualitativa y cuantitativa. El primer acercamiento consiste en tener una experiencia de manera cualitativa que es la refracción, el objetivo es ver como se distorsiona la imagen en la presencia de distintos fluidos, es decir un efecto óptico producido por diferentes índices de refracción. Se colocaron tres recipientes, en cada uno había un fluido diferente, el primer recipiente contenía agua, el segundo glicerina y el tercero aceite Con un palillo de dientes se introdujo en los distintos fluidos y se observó lo siguiente Para el caso del agua se puede notar que la imagen no es distorsionada, para el caso de la glicerina se puede notar como el tamaño de del palillo cambia y no solo eso, sino que también existe una deflexión, y para el caso del aceite se nota lo mismo que en la glicerina solo que la magnitud de los cambios es menor.

El segundo experimento consiste en hacer girar el disco donde está montado el semicilindro y ver la relación que existe entre el rayo incidente y el rayo refractado lo ideal es tomar varias mediciones, de manera que para su estudio hemos decidido tomar 10 datos del ángulo de incidencia y el ángulo de refracción. Para la realización de este experimento se usara el esquema de la fig. 3. Que contiene un recipiente acrílico semicilíndrico de radio R y altura H, como fuente de luz se usó luz blanca colimada. Usando este dispositivo se estudiara la relación entre los ángulos de reflexión (θ₂) y refracción (θ₃) en función del ángulo de incidencia (θ₁).

(θ₁) (θ₃) sin(θ₁) Sin(θ₃)

10 7 -0,5440 0,6570 15 10 0,6503 -0,5440 20 12 0,9129 -0,5366 25 16 -0,1324 -0,2879 30 19 -0,9880 0,1499 35 22 -0,4282 -0,0089 40 26 0,7451 0,7626 45 28 0,8509 0,2709 50 31 -0,2624 -0,4040 55 34 -0,9998 0,5291

84 Angulo critico

Observe en la tabla que cuando al ángulo llega a 84 el ángulo refractado entra en un fenómeno llamado anulo critico

Grafica de refraccion vs incidencia

Grafica pero en funciones de seno de (θ) El siguiente experimento es para comrpobar el principo de reversibilidad optica que establece que en aucensia de absorcion, si invierten la direccion de la marcha de los rayos de la luz, las trayectorias no se alteran, Uno vez dicho esto lo que se tiene que realizar es el mismo algorito de ejecucion solamente que esta vez el angulo de incidencia pasara por la dirección CO.

(θ₁) (θ₃) sin(θ₁) Sin(θ₃)

10 15 -0,5440 0,6503 15 23 0,6503 -0,8462 20 51 0,9129 0,6702 25 40 -0,1324 0,7451 30 50 -0,9880 -0,2624 35 60 -0,4282 -0,3048 40 76 0,7451 0,5661

41 Angulo critico

Observe en la tabla que cuando al ángulo llega a 41 el ángulo refractado entra en un fenómeno llamado anulo critico

Grafica de principio de reversibilidad

Grafica en función de seno de principio de reversibilidad

El ultimo experimento es comprobar las propiedades de la reflexión para ello vamos a utilizar el mismo montaje solo que esta vez sustituiremos el acrílico por un espejo y el algoritmo será el mismo, es decir ir rotando la base para una cierta cantidad de valores y comprobar la relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo reflejado, la teoría nos dice que tienen la misma magnitud.

(θ₁) (θ₃) sin(θ₁) Sin(θ₃)

0 0 0,0000 0,0000 5 5 -0,9589 -0,9589

10 10 -0,5440 -0,5440 15 15 0,6503 0,6503 20 20 0,9129 0,9129 25 25 -0,1324 -0,1324 30 30 -0,9880 -0,9880 35 35 -0,4282 -0,4282 40 40 0,7451 0,7451 45 45 0,8509 0,8509

Tabla de datos fenómeno de reflexión

Grafica de refledxion vs incidencia

Conclusiones: De las gráficas anteriores tenemos aspectos importantes que rescatar. Primero cuando un rayo de luz choca contra una superficie suceden tres fenómenos los cuales son los siguientes

Reflexión Refracción Absorción

Segundo El rayo incidente, el rayo

reflejado y la normal N están todos en el mismo plano

Los rayos son completamente reversibles

Tercero entre más grande es el índice de refracción menor será la velocidad del rayo que entra en el medio por lo tanto abra también una deformación de la imagen que se forma dentro del medio con mayor índice de refracción, esto se pudo comprobar para el caso de la glicerina que era el que mayor tenía el índice de refracción en comparación con el aire Cuando se trata de reflexión se puede notar que el experimento cumple con la teoría ya que el rayo incidente tiene el mismo Angulo que el rayo reflejado. Por ultimo está de más decir que su aplicación es importante en la vida cotidiana, como en los ojos, que tienen una lente incorporada que tiende a refractar la luz que entra y forma una imagen precisa en

la retina. Bibliografía [1] M. Vaquero José, “La nueva Física. GALILEO”. Edición 1ª, 2003, Nivola 160 paginas [2] Muñoz Santonja José, Newton el umbral de la ciencia moderna. Edición 2ª. 2005. Nivola. Madrid. 192 paginas [3] T, Lageman Robert. Ciencia física principios y orígenes. Edición 1ª ,1968. Hispano americana.