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FÍSICA II-2015
Especialidades: Agrimensura-Alimentos-Bioingeniería-Civil-Química
FÍSICA II
ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE EXPERIMENTAL Nº3
ÓPTICA GEOMÉTRICA - ÓPTICA FÍSICA
Objetivos:
• Comprobar las Leyes de la reflexión y Ley de Snell.
• Calcular el índice de refracción del vidrio acrílico utilizando la Ley de Snell.
• Analizar el fenómeno de reflexión total, visualizar ángulo límite.
• Observar y analizar el fenómeno de la dispersión de la luz blanca en un prisma.
• Obtener imágenes formadas por lentes convergentes y divergentes.
• Observar los patrones de difracción por una abertura circular y abertura rectangular.
• Observar los patrones de interferencia por dos aberturas.
• Observar los patrones formados por redes de difracción.
ÓPTICA GEOMÉTRICA
EXPERIENCIAS A REALIZAR:
EXPERIENCIA 1: Reflexión
Materiales:
• Fuente de luz (proyectando 1, 3 y 5 rayos)
• Transportador
• Regla milimetrada
• Espejos plano y curvos
• Compás
• Papel blanco
Procedimiento:
Parte A: Espejo plano
1) Colocar una hoja de papel blanco sobre la mesa, y sobre ésta la fuente. Regular el diafragma
de la fuente de manera que se observe un solo rayo de luz blanca.
2) Colocar el espejo plano sobre la mesa de tal manera que pueda observar claramente el rayo
incidente y el reflejado. Tal como se muestra en la figura 1.
3) Marcar con un lápiz sobre la hoja la posición de la superficie del espejo plano y la trayectoria
de los rayos incidente y reflejado. Indicar con sendas flechas el sentido de cada uno de ellos.
Fuente de luz.
Normal a la superficie
Figura 1
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4) Retirar la fuente y el espejo. Sobre el papel, dibujar la normal a la superficie del espejo.
5) Medir el ángulo de incidencia y el de reflexión. Anotar estos ángulos en la Tabla 1 de las hojas
del informe.
6) Cambiar el ángulo de incidencia y medir nuevamente el ángulo de reflexión. Repetir este
procedimiento hasta obtener los resultados para tres ángulos de incidencia distintos.
7) ¿Cuál es la relación entre ángulo de incidencia y reflexión? Describir en las hojas del Informe.
Parte B: Espejos curvos
1) Colocar una hoja de papel blanco sobre la mesa, y sobre ésta la fuente de luz. Regular el
diafragma de la fuente de manera de obtener cinco rayos de luz blanca. Iluminar frontalmente
el espejo cóncavo de tal manera que los rayos vuelvan hacia la fuente de luz, tal como se
muestra en la figura 2.
Figura 2
2) Dibujar sobre el papel la superficie del espejo y trazar las trayectorias de los rayos incidentes
y reflejados. Indicar los sentidos de propagación de los rayos con flechas.
3) El lugar donde se cortan los cinco rayos reflejados se denomina foco del espejo. Medir la
distancia focal, tomándola desde el centro de la superficie del espejo hasta el foco. Anotar el
resultado en la Tabla 2 de las hojas del informe.
4) Usar un compás para dibujar una circunferencia que coincida con la curvatura del espejo.
Medir el radio de esta circunferencia (radio de curvatura del espejo) usando una regla
milimetrada, y anotar el resultado en la Tabla 2 de las hojas del informe.
5) Repetir los pasos 1 a 4 usando, esta vez, el espejo convexo. Observar que los rayos
obtenidos serán divergentes y no se cruzarán. Usar una regla para extenderlos detrás de la
superficie del espejo. El foco está en el lugar donde las prolongaciones de los rayos se
cortan.
6) ¿Cuál es la relación entre la distancia focal de un espejo curvo y su radio de curvatura?
Describir en las hojas del Informe.
EXPERIENCIA 2: Refracción
Materiales:
• Fuente de luz blanca (proyectando 1 rayo de luz)
• Prisma trapezoidal de acrílico
• Transportador
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•
Papel blanco
Procedimiento:
Parte A: Prisma rectangular (Refracción en lámina de caras paralelas)
1) Colocar una hoja de papel blanco sobre la mesa, y sobre ésta la fuente con su cara
serigrafiada hacia arriba. Regular el diafragma de la fuente de manera que se observe un
solo rayo de luz blanca.
2) Colocar el Prisma Trapezoidal de tal manera que el rayo pase a través de dos caras
paralelas, tal como se muestra en la figura 3.
Normal a la
superficie
Rombo
Rayo
incidente
Figura 3
3) Marcar sobre el papel la posición de las superficies paralelas del Prisma, y trazar la
trayectoria de los rayos incidentes y refractados (nótese que hay dos lugares donde la luz
cambia de medio). Indicar los sentidos de propagación con flechas. Marcar cuidadosamente
los puntos donde los rayos entran y salen del prisma.
4) Retirar el prisma y dibujar sobre el papel una línea que conecte el punto de entrada con el
de salida.
5) Trazar una normal a la superficie del Prisma que pase por el punto de entrada. Ver figura 3.
6) Medir los ángulos de incidencia y refracción con un transportador. Anotar los resultados en
la Tabla 3 de las hojas del informe.
7) Cambiar el ángulo de incidencia y medir los ángulos de incidencia y refracción nuevamente.
Repetir este procedimiento para tres ángulos de incidencia diferentes.
8) Usando la Ley de Snell y los datos obtenidos, calcular el índice de refracción del prisma de
acrílico, asumiendo que el índice de refracción del aire es aproximadamente uno. A
continuación promedie los tres valores de índice de refracción. Anotar los resultados en la
tabla 3 de las hojas del informe.
Parte B: Prisma triangular (Descomposición de la luz blanca)
1) Colocar una hoja de papel blanco sobre la mesa, y sobre ésta la fuente con su cara
serigrafiada hacia arriba. Regular el diafragma de la fuente de manera que se observe un
solo rayo de luz blanca.
2) Colocar el prisma trapezoidal tal como se muestra en la Figura 4. En esta experiencia se
utilizará el extremo agudo de esta pieza como prisma de dispersión. Mantener el rayo cerca
de la punta del prisma para asegurar una máxima transmisión de la luz.
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Espectro
Rayo
Normal a la
superficie
Figura 4
3) Hacer girar el prisma hasta que el ángulo de emergencia de la luz se haga lo mayor posible
y se separen los rayos de distintos colores.
4) De acuerdo con la Ley de Snell y la información antes dada, responder: ¿Qué colores se
observan y en qué orden están? ¿Qué color se refracta con el ángulo mayor y por qué?
¿Cómo varía el índice de refracción de un material según la longitud de onda de la luz
utilizada para su determinación? Describir y fundamentar lo observado en las hojas del
Informe de laboratorio.
EXPERIENCIA 3: Reflexión Total Interna – Visualización del ángulo límite.
Materiales:
• Fuente de luz blanca (proyectando 1 rayo de luz)
• Semicilindro de vidrio
• Transportador
• Papel blanco
Procedimiento:
a) Sobre una hoja de papel en blanco, colocar el semicilindro de vidrio con la cara curva hacia
la fuente luminosa.
b) Hacer incidir un rayo luminoso sobre la cara curva, de modo que el rayo refractado incida
sobre la cara plana pasando por el centro del semicilindro. Girar cuidadosamente el
semicilindro sobre su centro hasta que el ángulo de refracción vidrio-aire sea de 90º (posición
de ángulo límite)
c) Seguir girando el semicilindro y observar lo que pasa.
EXPERIENCIA 4: LENTES
Materiales:
• Fuente de luz blanca
• Banco óptico con soportes.
• Pantalla objeto
• Pantalla difusora
• Lente plano convexa (diámetro =10cm)
• Lente biconvexa (diámetro = 7,5 cm).
• Lente bicóncava.
• Soporte con vidrio esmerilado
Procedimiento:
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Parte A: Medición directa de la distancia focal de una lente
1) Colocar una hoja de papel blanco sobre la mesa, y sobre ésta la fuente de rayos con su cara
serigrafiada hacia arriba. Regular el diafragma de la fuente de manera que se obtengan
cinco rayos de luz blanca.
2) Proyectar frontalmente los rayos sobre la lente biconvexa (figura 5). Marcar el contorno de la
lente y la trayectoria de los rayos incidentes y refractados sobre el papel. Indicar cuáles son
los rayos incidentes y refractados en la lente mediante flechas.
Rayos
paralelos
Rayos
paralelos
Lente
biconvexa
Figura 5
3) El punto donde se cortan los cinco rayos es el FOCO imagen de la lente. Medir la distancia
focal desde el centro de la lente hasta este punto. Anotar el resultado en la tabla
correspondiente de las hojas del informe.
4) Repetir el procedimiento para la lente bicóncava. Notar que en el segundo paso, los rayos
refractados no se cortan. Trazar sus prolongaciones y donde se cortan éstas se encuentra el
foco imagen
Parte B: Formación de imágenes
1-Formación de una imagen real. Lente convergente.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Colocar la pantalla objeto en el cero de la escala del banco óptico.
Iluminar la pantalla objeto interponiendo la pantalla difusora.
Colocar la lente planoconvexa a unos 30cm del objeto.
Separarse por lo menos un metro de la lente y observar la imagen formada por ésta.
Indicar el lugar donde está la imagen y colocar allí la pantalla de vidrio esmerilado para
recibirla. Mover la pantalla hasta obtener la mejor definición (nitidez) de la figura formada.
Realizar en la parte correspondiente del informe un esquema de la instalación e indicar las
características de la imagen formada.
2- Formación de una imagen virtual. Lente convergente.
a ) Retirar la pantalla de vidrio esmerilado.
b) Colocar la lente plano convexa a una distancia de aproximadamente 15cm del objeto.
c) Separarse de la lente y observar la imagen formada, indicar el lugar donde se forma la
imagen.
d) Colocar la pantalla en el lugar donde se encuentra la imagen.
e) Indicar en el informe las características de la imagen formada.
3- Formación de una imagen virtual. Lente divergente.
a) Retirar la pantalla de vidrio esmerilado.
b) Reemplazar la lente planoconvexa por la lente bicóncava (divergente).
f) Separarse de la lente y observar la imagen formada, indicar el lugar donde se forma la
imagen.
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c) Colocar la pantalla de vidrio para tratar de recibirla.
g) Realizar en la parte correspondiente del informe un esquema de la instalación e indicar las
características de la imagen formada.
ÓPTICA FÍSICA
Materiales:
• Banco óptico y pantalla del Sistema Óptico Básico.
• Diodo Láser.
• Placas giratorias con una, dos, tres y cuatro ranuras, ranura circular y múltiples aberturas
(redes).
• Placas giratorias con una ranura de ancho variable, doble ranura de separación variable.
• Red de difracción de 500 líneas/cm.
• Pantalla.
• Lámina de vidrio de pequeño espesor.
• Espectroscopio de prisma.
Observación: El láser es una fuente de luz monocromática, que emite un haz altamente
coherente, de gran intensidad y baja divergencia. Si bien la potencia del láser que se usa
para fines didácticos no afecta la piel, puede afectar los delicados tejidos de la retina, por
lo que se recomienda no mirar directamente al haz luminoso o al haz reflejado
especularmente.
EXPERIENCIAS A REALIZAR:
Experiencia 1: Interferencia y Difracción
a) Difracción por una abertura circular.
Colocar la placa giratoria con la abertura circular delante del laser, de tal modo que la luz
pase a través de la abertura. Observar la figura de difracción que se obtiene en la pantalla
colocada al final del banco óptico.
b) Difracción por una ranura rectangular.
Hacer pasar la luz proveniente del láser, por una ranura simple (a= 0,03mm). Observar la
figura de difracción formada en la pantalla colocada al final del banco óptico.
c) Ranura de ancho variable
Cambiar la ranura anterior por una de ancho variable, observar los cambios que se producen
en la figura de difracción (máximo central y máximos secundarios) cuando se varía en forma
continua el ancho de la abertura. Escribir las conclusiones en la parte correspondiente del
informe.
d) Interferencia por doble ranura.
Sustituir la ranura simple por una doble (a=0,03mm y d= 0,20mm). Observar la nueva figura
formada y relacionarla con la obtenida en el punto b).
d) Ranuras múltiples.
Girar el la placa de tal forma de interponer en el camino del haz de luz, tres ranuras, luego
cuatro y por último una red de difracción. En todos los casos observar con detenimiento la
pantalla y comparar los cambios que se producen en la imagen al aumentar el número de
ranuras. Escribir las conclusiones en la parte correspondiente del informe.
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INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 2
Nombre: ...........................................
Nº de Registro: ..................
Especialidad: …………….
EXPERIENCIA 1: Reflexión
Parte A: Espejo plano
Angulo de Incidencia
Tabla 1
Angulo de Reflexión
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
................................................................................................................
....................................................................................................................................
Parte B: Espejos curvos
Tabla 2
Espejo Cóncavo
Espejo Convexo
Distancia Focal
Radio de Curvatura
determinado con un
Compás
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
................................................................................................................
....................................................................................................................................
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EXPERIENCIA 2: Refracción
Parte A: Prisma rectangular (Refracción en lámina de caras paralelas)
Tabla 3
Angulo de Incidencia Angulo de Refracción
Índice de refracción
del Prisma
Índice de Refracción Promedio
Parte B: Prisma triangular (Descomposición de la luz blanca)
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
................................................................................................................
....................................................................................................................................
EXPERIENCIA 4: Lentes
Parte A: Medición directa de la distancia focal de una lente
Distancia Focal
Tabla 4
Lente Biconvexa
Lente Bicóncava
Parte B: Formación de imágenes
1-Formación de una imagen real. Lente convergente.
Esquema
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Especialidades: Agrimensura-Alimentos-Bioingeniería-Civil-Química
Características de la imagen:…………………………………………………………………….
2-Formación de una imagen virtual. Lente convergente.
Características de la imagen:…………………………………………………………………….
3-Formación de una imagen virtual. Lente divergente.
Esquema
Características de la imagen:…………………………………………………………………….
ÓPTICA FÍSICA
- Ranura de ancho variable
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
................................................................................................................
-Ranuras múltiples.
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
................................................................................................................
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