Propiedades de la luz

PRÁCTICA 1 LUZ Y COLOR EN EL DISEÑO INDUSTRIAL

GRADO EN INGENIERÍA DE DISEÑO INDUSTRIAL Y DESARROLLO DE PRODUCTO

1MEDIDA DE LAS PROPIEDADES BÁSICAS DE LA LUZ
Objetivos. En esta práctica estudiaremos algunos fenómenos básicos de la propagación de la luz como son la reflexión y la refracción. Para ello realizaremos diversos experimentos con el fin de observar estos dos fenómenos endiferentes situaciones: refracción en superficie con curvatura, reflexión total en prisma, paso de la luz a través de lámina planoparalela y de prisma. Materiales. -Goniómetro. -Láser semiconductor que emite a 635 nm de longitud de onda (rojo). -Lentes: semicilíndrica, lámina planoparalela, prisma.

1.1 Comprobación de la ley de reflexión-refracción de Snell.
Introducción teórica. Si un haz de luzincide sobre una superficie plana que separa dos medios dieléctricos de índices de refracción n0 y n1, surge un haz transmitido y un haz reflejado. Estos haces forman un ángulo determinado con la normal a la superficie, Ѳt y Ѳr respectivamente, y están relacionados con el ángulo de incidencia, Ѳi, a través de las leyes de Snell. Ѳi = Ѳr n0 · sen Ѳi = n1 · sen Ѳt

Existe un valor del ángulo deincidencia llamado ángulo límite Ѳl, para el cual el haz transmitido desaparece y todo el haz incidente es reflejado. Este fenómeno se conoce como reflexión total, y el ángulo que lo cumple viene dado por: sen Ѳl = n1 / n0

Con todo ello, podemos hallar el índice de refracción de un medio conociendo el del otro medio, a través de las expresiones anteriores.

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Realización práctica. 1. Colocamosla lente semicilíndrica sujeta con el prisionero sobre el goniómetro, tal y como se observa en la figura.

2. Conectamos el láser y alineamos el sistema de forma que el haz de luz coincida con la línea de 0º del goniómetro. 3. Giramos el goniómetro de 5º en 5º y anotamos los valores de Ѳr y de Ѳt.
σi = σr (grados) 5 10 15 20 25 30 35 40 σt (grados) 3 6 9,5 13 16 19,5 22 25 45 50 55 60 65 70 7580 85 28 30,5 33 35 37 39 40 41 42

4. Comprobamos las leyes de Snell y determinamos el índice de refracción de la lente. Para ello representamos gráficamente sen Ѳi frente a sen Ѳt y obtenemos, a partir de la pendiente de la recta de ajuste, el índice del medio de la lente.

sen σi frente a sen σt
1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

sen σi

y = 1,4782x + 0,014sen σt

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La recta de la pendiente de ajuste nos indica que el índice de la lente es n1 = 1,48 Tras comprobarlo de manera experimental, podemos utilizar el método teórico para corroborar el índice de la lente. Para ello, aplicamos la ley de Snell con cualquiera de los ángulos anteriormente medidos, teniendo en cuenta que el índice de refracción del aire, n0, es igual a 1. n0 · sen Ѳi = n1 ·sen Ѳt 1 · sen 5 = n1 · sen 3  n1 = sen 40 / sen 25 = 1,52 n1 = sen 85 / sen 42 = 1,49 Queda comprobado, tanto experimental como teóricamente, que el índice de refracción de la lente semicilíndrica es aproximadamente 1,48. 5. Representamos también Ѳi frente a Ѳt y comentamos los resultados.

σi frente a σt
1,6 1,4 1,2 1

σi

0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

σt

Dadoque el índice de refracción de la lente es superior a la del aire, 1,48 > 1, el haz transmitido se acerca a la normal a la superficie de separación, y por tanto, los ángulos transmitidos serán mayores que sus correspondientes ángulos incidentes, como se observa en la gráfica.

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6. Giramos el goniómetro 180º de forma que se incida sobre la superficie curva de la lente y repetimos el anteriorproceso de cálculo de ángulos. σi (grados)
5 10 15 20 25 30 35 40

σt (grados)
6 13,5 21 29 37 46 56,5 69,5

En este caso el índice de refracción del aire se corresponde con n 1, ya que el rayo sale de la lente al aire. Por lo que deberemos hallar n0. Con la recta de ajuste de la gráfica hayamos 1/n0.

sen σi frente a sen σt
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

sen σi...