UNIVERSIDAD NACIONAL

FEDERICO VILLARREAL

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y

MATEMATICA

EAP. QUIMICA

ASIGNATURA ASIGNATURA : Laboratorio de Física III

PRACTICA PRACTICA : 7

TITULOTITULO : Ley de Refracción en superficies liquidas

PROFESORAPROFESORA : Delsy Espinoza

NOMBRENOMBRE : Huayta Enriquez, Jackson Alfredo GRUPOGRUPO : Miércoles 9:40-11:20 a m

FECHA DE LA PRÁCTICA:FECHA DE LA PRÁCTICA: 05-10-2011

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME:FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 12-10-2011

EL AGUSTINO-2011

1. INTRODUCCION

Este trabajo se realizó con el fin de profundizar en el conocimiento de lo que nos dice

la ley de Snell acerca de la refracción de la luz cuando pasa de un medio a otro.

En esta práctica realizamos ejercicios basados en como los rayos de el láser se

refractan y reflejan y buscamos el ángulo crítico; que es cuando no se puede ver el

rayo refractado.

Este experimento se hizo básicamente para poder comprobar, observar y

experimentar si la ley de Snell es verdadera y cumple con lo que dice.

Generalmente todos los días estamos viendo los rayos de luz o las ondas luminosas;

como por ejemplo al encender una lámpara o prender la luz o simplemente con los

rayos del sol y estemos viendo el efecto de la ley de Snell.

Lo importante de esta práctica es que ahora podremos conocer y entender los puntos

planteados por la ley de Snell; los tipos de rayos; el incidente, el refractado y el

reflejado; los tipos de ángulos y los índices de refracción que presentan algunos

materiales.

2. OBJETIVOS

Estudiar la ley de refracción.

Determinar el índice de refracción del agua.

Determinar el ángulo crítico del agua.

3. FUNDAMENTO TEORICO

3.1) Ley de Snell

Esta importante ley, llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van

Roijen Snell, afirma que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno

del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del

segundo medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado

y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están

en un mismo plano.

n1 . sen 1n2 . sen 2

1ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficie

2ángulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

             

En general, el índice de refracción de una sustancia transparente más densa es mayor

que el de un material menos denso, es decir, la velocidad de la luz es menor en la

sustancia de mayor densidad. Por tanto, si un rayo incide de forma oblicua sobre un

medio con un índice de refracción mayor, se desviará hacia la normal, mientras que si

incide sobre un medio con un índice de refracción menor, se desviará alejándose de

ella. Los rayos que inciden en la dirección de la normal son reflejados y refractados en

esa misma dirección.

Para un observador situado en un medio menos denso, como el aire, un objeto situado

en un medio más denso parece estar más cerca de la superficie de separación de lo

que está en realidad. Un ejemplo habitual es el de un objeto sumergido, observado

desde encima del agua, como se muestra en la figura 3 (sólo se representan rayos

oblicuos para ilustrar el fenómeno con más claridad). El rayo DB procedente del punto

D del objeto se desvía alejándose de la normal, hacia el punto A. Por ello, el objeto

parece situado en C, donde la línea ABC intersecta una línea perpendicular a la

superficie del agua y que pasa por D.

Como resultado de la refracción, el objeto sumergido parece estar más cerca de la

superficie del agua.

En la figura 4 se muestra la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa varios medios

con superficies de separación paralelas. El índice de refracción del agua es más bajo

que el del vidrio. Como el índice de refracción del primer y el último medio es el

mismo, el rayo emerge en dirección paralela al rayo incidente AB, pero resulta

desplazado.

Rayo refractado que atraviesa tres medios diferentes

3.2) Densidad óptica

La densidad óptica es la absorción de un elemento óptico por unidad de distancia,

para una longitud de onda dada: 1000in hg

Donde:

l = la distancia que la luz viaja por una muestra (el grosor de la muestra),

medido en cm.

Aλ = la absorción a longitud de onda λ

T = la transmitancia por unidad

I0 = Intensidad del rayo de luz incidente

I = intensidad del rayo de luz transmitido

Mientras más alta es la densidad óptica, más corta es la transmitancia.

3.3) Índice de refracciónSe denomina índice de refracción de un medio al cociente entre la velocidad de la luz

en el vacío (c) y la velocidad que tiene en el medio (v).

En la ley de Snell tendremos dos índices de refracción uno para cada uno de los

medios que el frente de onda atraviesa.

Al valor n2-1 se le llama índice de refracción relativo del segundo medio (2), respecto

del primero (1).

Índices de Refracción

(Para = 589 m)

Agua 1,33

Alcohol etílico 1,36

Cuarzo 1,54

Vidrio 1,46 - 1,96

Fluorita 1,43

Etanol 1,36

Sulfuro

de Carbono 1,63

Poliestireno 1,59

Diamante 2,42

Acetona 1,36

3.4) Ángulo crítico

El ángulo crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual

se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la

normal de la separación de los medios. El ángulo crítico viene dado por:

θc =arcsen

Donde n1 y n2 son los índices de refracción de los medios con n2 < n1. Esta ecuación

es una simple aplicación de la ley de Snell donde el ángulo de refracción es 90°.

3.4) Reflexión total interna

Supongamos un frente de onda que atraviesa la

superficie de separación de dos medios diferentes

y por lo tanto con velocidades de propagación

diferentes y de acuerdo a lo visto anteriormente se

cumple que

Esta ecuación tiene respuesta válida si el segundo

miembro

  y el valor límite sería 1 por lo que

Esta situación hace que el ángulo

refractado sea de 90º por lo que el frente

de onda sale en dirección de la superficie

de separación de los medios como se

indica en el dibujo de la derecha. 

El ángulo de incidencia que provoca que

el ángulo de refracción valga 90º se

llama ángulo límite (crítico para algunos

autores). Una vez superado el ángulo

límite la onda se refleja manteniéndose

en el mismo medio, no atraviesa la

superficie de separación de los medios

que se comporta como una superficie

reflejante. 

Reflexión Total

 

Este fenómeno por el cual la onda no

atraviesa la superficie de separación de los

medios y se refleja en la misma una vez

superado el ángulo límite se le llama

reflexión total y lo observamos en el dibujo

a la izquierda.

Para que se de la situación de reflexión total

debe entonces cumplirse que v2 > v1 como

sería el caso por ejemplo de un onda que

se propaga por el agua (medio 1) y la

superficie de separación la tiene con el aire (medio 2).

Un caso donde se puede dar reflexión total es cuando un rayo de luz se propaga por

un medio (agua o vidrio) y llega a límite de su superficie con el aire, en ese lugar

puede darse reflexión si el ángulo de incidencia supera el ángulo límite.

 

4. EQUIPOS Y MATERIALES

Fuente de luz con lente convergente

Condensador de doble lente

Aparato para la reflexión y refracción

Base de metal

Fuente de vidrio

Fuente de luz con lente convergente Aparato para la reflexión y refracción

Fuente de vidrio

Base de metal

5. PROCEDIMIENTO

Se instala el equipo experimental

Montaje experimental

Con un lápiz se marca todas las líneas que se observan producidas por la

fuente de luz.

Con una regla se une todas las marcas realizadas.

Luego con un transportador se mide los ángulos de reflexión, refracción y el

ángulo crítico.

6. RESULTADOS

θi θr Senθi Senθr

30 33 0.50 0.54

17 19 0.29 0.32

15 20 0.26 0.34

31 36 0.52 0.58

47 49 0.73 0.75

Utilizando el Método de Mínimos Cuadrados

0.50 0.54 0.27 0.25

0.29 0.32 0.09 0.08

0.26 0.34 0.08 0.07

0.52 0.58 0.30 0.27

0.73 0.75 0.54 0.53

Senθr = Senθi

Determinación del ángulo critico

n1 Senθi =n2 Senθr

1.33 Senθc = 1xSen900

θc =arcsen

θc =48.750

Angulo critico experimental = 46.720

Determinación del porcentaje de error

Para el índice de refracción:

Para el ángulo critico:

7. OBSERVACIONES

La fuente de vidrio y el aparato para la refracción deben estar bien limpios.

Se debe tener mucho cuidado al momento de realizar las marcas producidas

por la fuente de luz, ya que estas deben ser lo mas aproximado posible para

así obtener un menor porcentaje de error.

8. CONCLUSIONES

Se comprobó experimentalmente que cuando el rayo luminoso incide

oblicuamente sobre la superficie, este cambia de dirección cambiando también

de medio.

El ángulo critico experimental es muy aproximado al ángulo critico teórico, lo

cual nos arrojo un porcentaje de error bajo.

El índice de refracción experimental no es muy aproximado al teórico, ya que

su porcentaje de error no fue muy bajo.

9. BIBLIOGRAFÍA

Sears, Zemansky, Young y Freedman. Física universitaria. Volumen I. Edición

11. Pearson, México 2004. 864p.

Sears, Addison Wesley, Física Universitaria, México 1998.

Halliday, Resnik y Krane (1994) Física para estudiantes de Ciencia y

Tecnología - 4ta Edición. -Vol. 1 - México.

D. Halliday, R. Resnick y J. Walker, Física para estudiantes de ciencias e

ingeniería, 4ª ed., traducido de Fundamentals of Physics, John Wiley & Sons,

Inc., New York, 1993.

Hecht Eugene, Óptica, tercera edición- Teoría Electromagnética, fotones y luz.

Pág. 43-51. Propagación de la luz, pág. 87-92.