Ingenieria

Fenómeno de refracción de la luz.

OBEJTIVOS:

• A través de este experimento el alumno visualizará el fenómeno de la refracción de la luz.
• Estará apto para encontrar el índice de refracción de diversos materiales mediante el uso de formulas y sustituciones que lo llevaran a ello.
• Visualizará el fenómeno de "reflexion total interna" de la luz.
• Determinará el ángulo críticopara diversos líquidos como agua y aceite
• Deseamos que en esta práctica el porcentaje de error experimental sea mínimo.

INTRODUCCION TEORICA.

Cuando un haz de luz que viaja a través de un medio (1), alcanza la frontera de éste, una parte del haz se refleja y otra parte penetra al otro medio (2). La parte del haz que entra al segundo medio se desvía de su dirección de incidencia al cruzarla frontera entre ambos medios, cuando esto sucede se dice que ha ocurrido el fenómeno de "refracción de la luz". Los elementos que intervienen en este fenómeno se muestran esquemáticamente en la figura 1.


Figura. 1. FENOMENO DE REFRACCION DE LA LUZ. A= HAZ INCIDENTE, B= HAZ REFRACTADO,
(= ANGULO DE INCIDENCIA (= ANGULO DE REFRACCION Y (´= ANGULO DE REFLEXION.

Con relación a la figura, elángulo de refracción ((2) depende del ángulo con el cual índice el haz ((1) así como también de las propiedades de ambos medios.

índice de refracción.

Cuando la luz viaja en el vació alcanza su velocidad máxima de 3x108 m/s (c), en cualquier otro medio su velocidad es menor. En estos términos definimos el índice de refracción (n) de cualquier medio como la razón entre las velocidades de laluz en el vacío (c ) y su velocidad en ese medio (v), es decir:

Lo sig: n= c/v, como siempre c>v entonces n(1
denominando con n1 al índice de refracción del medio desde el cual la luz incide y con n2 al índice de refracción del medio, hacia el cual la luz penetra, se cumple la relación:

Sig: n 1 sen (1 = n2 sen(2 ....................................... ec. (1)

Eldescubrimiento de esta relación se atribuye a Willebrord Snell (1591-1627) y por esta razón se le conoce como " Ley de Snell" o también como la segunda ley de refracción. Esta ley puede ser deducida a partir del principio de Huggens o de Fermat. Este último textualmente establece que "cuando un haz de luz viaja entre los puntos P y Q su trayectoria real será aquella que requiera el mínimo de tiempo detransporte". En este nivel es importante que nosotros consultemos un libro de texto.

El fenómeno de refracción de la luz es una consecuencia directa del cambio en la velocidad de ésta, al pasar de un medio a otro, así cuando la luz pasa de un medio a otro donde su rapidez es menor, el correspondiente ángulo de refracción ((2), es más pequeño que el ángulo de incidencia ((1), medidos ambosángulos a partir de la línea normal (NN´), tal y como ocurre para el caso de aire y vidrio, el cual se ilustra en la siguiente figura.

Figura 2. Refraccion de la luz, para (A) aire-vidrio y (B) vidrio-aire.

La velocidad de la luz adquiere su máximo valor en el vacío (3x108 m/s) y su valor en el aire es aproximadamente el mismo; sin embargo cuando esta viaja a través de un bloque de vidrio, suvelocidad se reduce a 2x108 m/s, sin embargo al emerger del bloque de vidrio, nuevamente adquiere su valor de 3x108 m/s. La explicación de porqué la velocidad de la luz decrece al ir del vacío a cualquier otro medio (o de un medio cualquiera a otro de mayor densidad) es una consecuencia del decrecimiento en la amplitud de la oscilación de los campos electromagnéticos asociados a una onda luminosa,dentro del marco de la teoría ondulatoria de la luz.

Usando el fenómeno de refracción es factible caracterizar algunas de las propiedades ópticas de un material, haciendo incidir, haciendo incidir sobre él, un haz de luz y midiendo los correspondientes ángulos de refracción. El análisis de los datos de estas mediciones y su comparación con la ec. (1), permite determinar el índice de...