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Refracción con diferentes tipos de onda

Temas selectos de física Página 1

Materia:

Práctica de Examen (Informe)

Nombre De La Práctica:

Refracción Con Diferentes

Longitudes de Onda

Integrantes del equipo:

Jaime Alberto Santiago Hernández Rey Josué Hernández Matías Omar Ali García Juárez Erik Alan Fuentes Pérez



Introducción

En esta práctica se pretenderá explicar el comportamiento de los rayos con diferente

longitud de onda en un mismo medio.

Los alumnos llevaran a cavo 3 experimentos con los cuales se tratara de dar una

mejor respuesta a la pregunta de nuestro reporte, ¿Cómo se comporta la luz a diferentes

longitudes de onda?

Se realizaran los cálculos de ángulos de refracción, distancia entre rayos paralelos, el

índice de refracción y la obtención de los ángulos críticos para hacer más notoria la

diferencia entre las diferentes longitudes de onda.



Objetivo

Explicar el comportamiento de diferentes rayos con longitud de onda diferentes en un

medio de propagación para comparar los resultados.

Realizar experimentos de laboratorio para tener una mejor perspectiva de lo que se

quiere conocer.

Se espera que el alumno sea capaz de aplicar el conocimiento obtenido en el salón de

clases para tener un buen resultado.



Planteamiento del problema:

¿Qué pasa con la refracción a

diferentes longitudes de onda?



Observaciones

Durante el curso en la escuela hemos estado llevando a cavo experimentos de

refracción de los rayos con un solo color (rojo). En un experimento un compañero llevo un

rayo verde, lo que observe fue que el rayo no se comporto de la misma manera ya que los

datos obtenidos con ese rayo fueron diferentes a los míos. Supuse que tal vez mi compañero

no lo estaba haciendo bien, entonces se lo pedí para hacer mi práctica con ese apuntador y

me di cuenta que ni aun así los datos eran iguales.

Lo que pensé en ese momento fue que, dependiendo del color del rayo los datos van a

ser diferentes, ya que la longitud de onda también cambia dependiendo el color.



Hipótesis

Esta establecido que en el espectro electromagnético los rayos rojos tienen una

longitud de onda más larga (700nm) que los rayos verdes (530nm) y estos a su vez mayores

que los violeta (450nm); por lo tanto si en esta práctica vamos a utilizar tres rayos (rojo,

verde, violeta) a mi punto de ver mi hipótesis es que los resultados obtenidos con el rayo

rojo en el experimento 1 sean mayores a los datos obtenidos con el rayo verde, ya que la

longitud de onda es mayor, y los datos obtenidos con el rayo verde sean mayores los datos

del rayo violeta. En resumen, que los ángulos de refracción del rayo rojo sea mayor a los

ángulos de refracción de los rayos verde y violeta, ya que él color rojo tiene la longitud de

onda mas grande.

En el experimento 2 se va a calcular la distancia entre dos rayos paralelos, para no

alterar los resultados se llevara a cabo este experimento con el mismo ángulo para los tres

rayos de diferente color, mi hipótesis es que la distancia entre los rayos rojos sea mayor a la

distancia del rayo verde, y estos a su vez mayores a la distancia del rayo violeta, ya que la

longitud de onda del color rojo es mayor a los otro 2.

Para el experimento 3 como la longitud de onda del rayo violeta es menor a los otros

dos, por lo tanto mi hipotesis es que el ángulo crítico del rayo violeta sea menor a los otros

dos ángulos críticos de los rayos verde y rojo; ya que se propaga del medio 1 (vidrio) al

medio 2 (aire).



Experimentación

Material:

3 apuntadores láseres de diferente color: rojo, verde y violeta.

Regla, lápiz, borrador, calculadora.

Una vidrio rectangular de 5cm X 10cm X 0.5cm.

Un vidrio en forma de medio circulo de 12cm de diámetro y 0.5cm de espesor.

Hojas blancas.



Diseño del experimento 1.- Calcular el ángulo de refracción de 7 rayos incidentes

(ley de Snell) y el índice de refracción del medio 21. Elaborar una tabla con su grafica.

Este procedimiento se llevara a cabo con los 3 rayos para comparar resultados y poder

responder nuestra hipótesis.

Procedimiento:

1. Se coloca el vidrio rectangular sobre la hoja graduada.

2. Se marcan 7 ángulos incidente predeterminados, los cuales son: 0°,10°, 25°, 40°, 55°,

75° y 90°, se marca la salida de los ángulos refractados. El punto de salida del rayo

refractado debe marcarse pegado al vidrio para poder proyectar la línea hasta la zona

marcada con los grados como se ve en la imagen.

3. Se anota en una tabla los ángulos incidentes θ1 y los ángulos refractados θ2. Se

calculan los senos de dichos ángulos.

4. Se procede a calcular el índice de refracción del medio 2 (n2) de cada rayo a través de la

ley de Snell y se elabora una grafica con el valor de los senos para obtener un valor

medio de n2.

5. Como el medio n1 es el aire entonces su valor es de 1

1 Este valor se utilizara en el experimento 3, dependiendo del color del rayo.

Ángulo

incidente θ1

Ángulo

refractado θ2



Rayo rojo:

Empezamos tal como dice el procedimiento, se marco la proyección de los 7 rayos en el

medio 2 a diferentes rayos.

Durante este procedimiento se fue llenando una tabla con los resultrados la cual nos que do

de la siguiente forma.

El valor de n2 se calculo con la formula de la ley de Snell ya proporcionada anteriormente.

Una vez concluido este proseso, elaboro l grafica de los senos para obtener la

representacion de n2, deacuerdo al ángulo de comportaientop de cada rayo.



Como se podra apreciar, la linea punteada representa el valor promedio de n2.

El valor promedio de n2 se calculo sumano todos los indices de refraccion del medio 2 y se

dividieron entre el numero de indice de refraccion. Una representacion matematica es:

Entre mas rayos sean proyectados en el medio 2 el valor de n2 sera mas presiso.



Rayo verde:

Para el rayo verde se llevo a cabo lo mismo, la proyección de los rayos con los mismos

ángulos de incidencia que están escritos en el procedimiento.

El ángulo refractado tiene que ser marcado pegado al cristal ya que si no se hace así los

datos serán erróneos.

Se elaboro la tabla con los datos obtenidos con el apuntador laser verde y se grafico el valor

de n2.



Calculamos el promedio de n2 con la formula e hicimos su representacion grafica.



Rayo violeta:

Se comenzó encontrado el ángulo refractado del rayo cuyo ángulo incidente es de 0° con

respecto a la normal hasta el rayo con ángulo de 90° de incidencia. Recuerden que los

ángulos de incidencia son los mismos para los tres experimentos.

Se registraron los datos obtenidos durante el proceso.

Una vez concluido con los 7 rayos proyectados se llevo a cabo la elaboración de la tabla

con los datos ya ordenados, el cálculo de n2 y su grafica:



Diseño del experimento 2.- Calcular la distancia entre dos rayos paralelos.

Al igual que el experimento anterior, este procedimiento será el mismo para los 3

rayos, recuerden que lo que se busca es comparar resultados y poder observar los cambios

que se presentan en cada rayo refractado dependiendo de la longitud de su onda.

Procedimiento:

1. Se coloca el cristal en forma de rectángulo sobre la hoja graduada como en el

experimento anterior.

2. Se proyecta un rayo cuyo ángulo de incidencia predeterminado es: 35°, se marca el

punto el cual indica el ángulo refractado.

3. Se prolonga la línea del rayo incidente de manera que atraviese todo el medio 2,

despreciando el índice de refracción del medio 2, como en la figura.

Línea prolongada

del rayo incidente

Ángulo

incidente θ1

Ángulo

refractado

θ2

Punto del

ángulo

refractado

Medio 2



4. Se prolonga una línea paralela a la línea ya trazada en el paso 3 partiendo del punto de

donde se marco el ángulo refractado.

5. Se mide la distancia entre las dos líneas paralelas con una regla y se anota en la tabla de

medicines.

6. Se calcula la distancia de manera matemática mediante la fórmula para comparar

resultados.

7. Se proyecta otro rayo cuyo ángulo de incidencia predeterminado es: 75°, se marca un

punto el cual indica el ángulo de refractado.

8. Se repiten los pasos 3, 4, 5 y 6.

t = lo ancho del vidrio

Línea paralela Distancia



Rayo rojo:

Empezamos colocando el vidrio de manera que quede sobre la horizontal en la hoja

graduada.

Proyectamos el rayo con 35° con respecto a la normal, marcamos un punto pegado al vidrio

para encontrar el ángulo de refracción.

Se prolonga la línea de del rayo incidente y la línea paralela a esta partiendo desde el punto

de donde se marco el ángulo de refracción para poder medir la distancia.



Se registran los datos en la tabla proporcionada en la parte del procedimiento.

La distancia se calculo con la formula proporcionada en el procedimiento:



Rayo verde:

Con el mismo procedimiento y el mismo ángulo se lleva a cabo la proyección del rayo; se

marca el ángulo refractado; se prolonga la línea del rayo incidente y se traza la línea

paralela.

Se registran los datos, se mide y se calcula la distancia (d).



Rayo violeta:

Del mismo modo, comenzamos proyectando el

rayo incidente a 35° con respecto a la normal.

Marcamos el punto del ángulo refractado.

Prolongamos la trayectoria del rayo incidente con

una línea y le trazamos su paralela partiendo

desde el punto del ángulo refractado.

Medimos la distancia con la regla y procedemos a

calcularla



Diseño del experimento 3.- Calcular el ángulo critico (θc) de un rayo incidente.

Este procedimiento es el mismo que se llevara a cabo con los 3 rayos de distinto color.

Procedimiento:

1. Se coloca el vidrio en forma de medio círculo sobre la hoja graduada como se muestra n

la imagen.

2. Se proyecta el rayo (A) a un ángulo incidente de 15°. Se proyecta el rayo de manera que

el rayo incidente entre por el vidrio y salga al aire.

Rayo incidente

Rayo refractado

Ángulo θ1

Ángulo θ2

Frontera



3. Se marca la salida del rayo proyectado (no es necesario que sea marcado pegado al

vidrio)

4. Se registran los datos en una tabla.

5. Con otro rayo (B) proyectado se busca el ángulo critico moviendo el rayo de abajo

hacia arriba como se muestra en la imagen hasta que el rayo proyectado en el medio dos

(aire) quede sobre la frontera, se registra el ángulo de incidencia en la tabla, ese va a

ser nuestro ángulo critico.

El ángulo crítico es cuando nuestro rayo refractado queda sobre la frontera en el medio 2.

Frontera

Movimiento del

rayo laser Movimiento de

rayo refractado



6. Se procede a calcular el ángulo crítico mediante la fórmula para comparar los

resultados.

En este caso n2 es el aire el cual tiene un valor de 1.

Recuerde que el medio 1 es el medio en donde se está proyectando el rayo incidente.

Fórmula para el ángulo critico:

θc

Θ2=90°

n1 > n2



Rayo rojo:

Comenzamos colocando el vidrio como esta en la imagen, se proyecta en rayo A con un

ángulo incidente de 15° y marcamos la salida del rayo en el medio 2 (aire) para encontrar el

ángulo de refracción (θ2).

Proseguimos con el rayo B, proyectamos el rayo y movemos el apuntador laser de abajo

hacia arriba hasta que el rayo refractado quede en la frontera como en la imagen mostrada.

Se marca el ángulo crítico (θc) y se registran los datos en la tabla.

Por último calculamos el ángulo crítico con la formula proporcionada.



Rayo verde:

Del mismo modo, se hico la proyección del rayo A, entrando por el vidrio a 15° con

respecto a la normal.

Se marco su salida en el medio 2.

Después se proyecto el rayo B. Se busco su ángulo crítico de manera manual, moviendo el

apuntador laser hasta que el rayo proyectado en el medio 2 quedo sobre la frontera.

Y por último se llevo a cabo el cálculo del ángulo critico por medio de la formula.



Rayo violeta:

Colocamos el vidrio como lo marca el procedimiento.

Proyectamos nuestro rayo A, y marcamos la salida del rayo proyectado.

Registramos a θ2 en la tabla.

Una vez terminado, seguimos con el rayo B

para encontrar su ángulo crítico, se hace la

proyección del rayo y se comienza a mover

en forma de curva alrededor del vidrio hasta

hacer que el rayo en el medio 2 quede sobre

la frontera formando un ángulo de 90° con

respecto a la normal, y marcamos el ángulo.



Se calcula el ángulo crítico con la fórmula para comparar resultados y se termina de llenar

la tabla.



Análisis del resultado

Apuntador rojo

Apuntador verde



Apuntador violeta



Conclusión

EXPERIMENTO 1

Como se podrá observar en los resultados del “experimento 1” el cual trata sobre los

ángulos de refracción.

Con el rayo rojo obtuvimos los ángulos de refracción más grandes que con el rayo

verde, esto comprueba que la hipótesis planteada con anterioridad es verdad, ya que la

longitud de onda del color rojo es mayor, lo cual provoca que a la hora de proyectar un

rayo de luz con una onda de longitud mayor a los demás esta refracte el rayo en el medio 2

con un ángulo de refracción también mayor.

Mayor longitud de onda, mayor ángulo de refracción.

Apuntador

ROJO

Apuntador

VIOLETA

Θ1 Θ1

Θ2 Θ2



EXPERIMENTO 2

En el “experimento 2” se hico el cálculo de la distancia entre dos rayos de luz

paralelos por el método medido y el método matemático.

Según la hipótesis planteada al principio el rayo rojo debió haber tendido una

distancia mayor a los otros dos rayos, pero como se puede ver en los resultados no fue así.

El color que tuvo una distancia mayor entere los dos rayos paralelos fue el color

violeta, ya que el ángulo de refracción fue menor al ángulo de refracción del color rojo, esto

hiso que la distancia se incrementara provocando que la distancia tanto medida como

calculada entre los 2 rayos paralelos del color violeta fuera mayor a la calculada con el

color verde y con el color rojo.

dvioleta > dverde > drojo

d d

Apuntador VIOLETA Apuntador ROJO



EXPERIMENTO 3

En este experimento se calculo el ángulo de refracción de un rayo a través de un

medio 1 con un índice de refracción mayor el medio 2, y también se encontró el ángulo

crítico de dos formas: encontrándolo manualmente y calculándolo matemáticamente.

En las tablas de resultados obtenidas se observa que el rayo que tuvo el ángulo de

refracción más grande fue el apuntador de color rojo, debido a que la longitud de la onda es

mayor provocando que a la hora de salir al medio 2 se propagara de manera más fácil

haciendo que el ángulo de refracción fuese mayor a los ángulos de refracción de color

verde y violeta.

Para encontrar el ángulo critico se movió el apuntador laser alrededor del cristal, mi

hipótesis era que de los tres colores el violeta era el iba a tener el ángulo critico de menor

apertura, según los resultados del experimento y como se explico anteriormente mi

hipótesis resulto cierta ya que el rayo violeta de menor longitud de onda al estar en un

medio con un índice de refacción mayor al medio 2, provoco que no se tuviera que abrir

tanto el ángulo de critico para poder hacer que el rayo en el medio 2 quedara sobre la

frontera.

Apuntador ROJO Apuntador VIOLETA

Θ2 Θ2

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