Ciudadano

TRABAJO No. 2 MEDICION DE INDICES DE REFRACCION 1. OBJETIVOS 1. Instrumentar en el laboratorio un método de medición de índices de refracción de sustancias transparentes que pueden estar en estado líquido o sólido, tales como vidrio, acrílico, agua, glicerina, etc. 2. Hacer un análisis de cómo influyen los diferentes aspectos de la medición en el error del valor medido y proponer mejoras aldispositivo experimental o al método de medición. 3. Medir el índice de refracción de diferentes sustancias transparentes indicando correctamente el error asociado. 2. INTRODUCCIÓN Cuando un rayo de luz incide en la interfase o frontera entre dos medios transparentes parte de la energía luminosa se transmite y parte se refleja. Desde la antigüedad se sabe que el rayo reflejado se dirige en unadirección tal que el ángulo de incidencia -definido por el rayo incidente y la dirección normal a la interfase- es igual al ángulo de reflexión -el que hace la misma normal con el rayo reflejado-

θr=θi
esta es la ley de la reflexión (ver Fig. 1).

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Figura 1. Definición de los ángulos de incidencia θi, reflexión θr y transmisión θt. Es más, se sabía que las tres direcciones e, incluso, la delrayo transmitido, son coplanares; sin embargo, la relación entre la dirección del rayo transmitido y el rayo incidente fue más elusiva y hasta el siglo XVII se conoció correctamente. Esta es la famosa Ley de la Refracción o Ley de Snell (o Snell-Descartes, según algunos autores). Esta ley dice que el cociente de los senos de los ángulos de incidencia y el de transmisión -definido de igual manera porla normal y el rayo transmitido- es igual a una constante

sin θ i = nti sin θ t

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la constante nti se conoce con el nombre de índice de refracción relativo del medio de transmisión respecto al medio de incidencia y es una medida del grado de desviación que sufre un rayo al transmitirse a otro medio. Un estudio más minucioso del fenómeno de refracción o de propagación de la luz endiferentes medios nos conduciría al interesante resultado de que el índice de refracción es también igual al cociente de las velocidades de la luz en el medio de incidencia y el de transmisión. Además de lo anterior, podemos decir que el índice de refracción da cuenta de una gran diversidad de fenómenos en los que la luz es el protagonista central. Debido a ello su conocimiento es de fundamentalimportancia para un adecuado conocimiento de la óptica, por un lado, además de que nos permite caracterizar materiales, por el otro. A continuación se describen algunos métodos sencillos susceptibles de ser realizados en el laboratorio con equipo mínimo. Se sugiere desarrollar alguno de ellos, aunque buscando en la bibliografía pueden encontrarse otros igualmente simples y atractivos; además, seejemplifica el tipo de análisis de errores que conviene realizar para identificar las principales fuentes de error, y poder planear o diseñar mejor el experimento. Finalmente se plantean un conjunto de preguntas que, esperamos, guíen el trabajo. 3. MEDICIÓN DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN POR ALTURAS APARENTES Al observar una moneda sumergida dentro de un recipiente en donde se tenga un líquido trasparente, laprofundidad a la que se observa es distinta a la profundidad que se observa cuando no existe el líquido (ver Fig. 2). Este fenómeno se puede explicar fácilmente utilizando la Ley de Snell, la relación entre estas profundidades y el índice de refracción, y está dada por:

nti =

L3 − L1 profundidad real = profundidad aparente L2 − L1

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Figura 2. Cambio en la profundidad aparente de unobjeto por efecto de la refracción de la luz. Partiendo de esta relación existe un método para medir este índice de refracción que es como sigue: 1. Sobre una hoja de papel, en la cual se ha dibujado una marca (un punto o una letra), se coloca un bloque del material transparente al cual se pretende medir su índice de refracción, por ejemplo, vidrio o acrílico 2. Encima del bloque se coloca un...