Prac22 0809

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DETERMINACIÓN DE INDICES DE REFRACCIÓN

OBJETIVOS

Determinación del índice de refracción y del ángulo límite.
Observación de la dispersión cromática y determinación del ángulo de desviación mínima para un prisma óptico.

MATERIAL

Banco óptico con fuente de alimentación, lámpara, pie magnético y porta-diafragmas.
Lente con pie magnético (f = 0.1 m), 2 diafragmas de rendija y discoóptico.
Semidisco transparente y prisma óptico.

FUNDAMENTO TEÓRICO

1.- Leyes de refracción. Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie de separación entre dos medios diferentes, parte de la energía que transporta se refleja y parte se desvía o refracta. La refracción se produce porque la velocidad de la luz es diferente en cada uno de los medios. Se denomina índice de refracción n de un medioal cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en dicho medio. Es una magnitud adimensional que es siempre mayor que uno. El índice de refracción del aire es prácticamente igual a 1. La normal a la superficie, el rayo incidente y el rayo refractado están en el mismo plano. La desviación del rayo sigue la ley de Snell:


(1)



donde n1 y n2 son los índicesde refracción del primer y segundo medio y a1, y a2 los ángulos que forman los rayos dentro de cada medio con la normal a la superficie de separación.

2.- Desviación total en prismas. Un prisma óptico es un medio transparente limitado por dos superficies planas que se cortan en una arista, formando un ángulo diedro A. El rayo de luz que incide en una de las dos caras con ángulo i (desde el aireal vidrio), sale por la otra con un ángulo e (de vidrio a aire). Se denomina desviación total a la desviación del rayo que sale respecto de la dirección del rayo incidente, y vale .
Para cada prisma existe un ángulo de incidencia para el cual la desviación total es mínima. Tal situación se da cuando se cumple la condición . En esta situación se cumple que:


(2)

2.- Dispersión cromática.El índice de refracción de un medio material es una función de la longitud de onda,  de la radiación incidente sobre él; por consiguiente, el ángulo de refracción también es función de dicha longitud de onda. Cuando sobre un prisma incide luz no monocromática, como es el caso de la luz blanca procedente de una lámpara de incandescencia, en cada una de las interfases vidrio-aire cada uno de suscomponentes se refracta con un ángulo distinto, saliendo en abanico; pueden observarse unas franjas luminosas de diferentes colores, fenómeno que recibe el nombre de dispersión. En este fenómeno de dispersión cromática están basadas muchas técnicas espectroscópicas.

MÉTODO

1.-Determinación del índice de refracción del cuerpo semicircular.

Para la determinación del índice de refracción, secoloca la lámpara solidaria con un diafragma de rendija en la posición “0 cm” del banco, como indica la Figura 2. A continuación, y a unos 10 cm, se coloca la lente (de distancia focal f = 10 cm) junto con el otro diafragma de rendija en posición vertical, ambos sobre el porta-diafragma de manera que la lámpara quede en el plano focal de la lente. La posición de este conjunto debe ajustarse a laposición en que el haz luminoso, tras atravesarlo, sea lo más fino posible.




















Figura 2. Esquema de montaje experimental

Tras la lente y segundo diafragma se sitúa el disco óptico (disco graduado) con el pie magnético de la rendija ligeramente inclinado de manera que el haz incida a ras con el disco, asegurándose de que dicho haz pase exactamente por el centro de giro del disco óptico.De esta forma, aparecerá una traza luminosa como "rayo de luz" sobre el disco graduado, la cual debe quedar alineada con uno de sus diámetros.

Parte 1. En primer lugar, es preciso determinar la dirección del eje óptico del semidisco. Para ello coloca este objeto sobre el disco graduado con su borde plano enfrentado a la fuente luminosa (Figura 3a). A continuación, se va girando lentamente el...