OBJETIVOS
Parte I
1. Verificar las leyes de Reflexión y Refracción.
2. Determinar el índice de refracción de un medio, utilizando reflexión interna total.
parte Ii: LENTES DELGADAS
OBJETIVO:
1. Determinación de la distancia focal de una lente delgada.
INTRODUCCIÓN
Si se deja incidir luz sobre distintos cuerpos, podemos observar que:
Existen cuerpos que reflejan toda la luz que incide sobre su superficie con la que se vuelven visibles, tales cuerpos se denominan opacos.
Otros, como por ejemplo el vidrio, aire, agua pura, dejan pasar la luz y se llaman transparentes. A través de ellos se pueden ver otros cuerpos iluminados, pero no el mismo cuerpo transparente.
Una posición intermedia entre los cuerpos transparentes y opacos la ocupan los traslúcidos, por ejemplo vidrio mate, papel fino o líquidos turbios.
1. Verificar las leyes de Reflexión y Refracción.
2. Determinar el índice de refracción de un medio, utilizando reflexión interna total.
parte Ii: LENTES DELGADAS
OBJETIVO:
1. Determinación de la distancia focal de una lente delgada.
INTRODUCCIÓN
Si se deja incidir luz sobre distintos cuerpos, podemos observar que:
Existen cuerpos que reflejan toda la luz que incide sobre su superficie con la que se vuelven visibles, tales cuerpos se denominan opacos.
Otros, como por ejemplo el vidrio, aire, agua pura, dejan pasar la luz y se llaman transparentes. A través de ellos se pueden ver otros cuerpos iluminados, pero no el mismo cuerpo transparente.
Una posición intermedia entre los cuerpos transparentes y opacos la ocupan los traslúcidos, por ejemplo vidrio mate, papel fino o líquidos turbios.
En este experimento estudiaremos cuerpos traslúcidos, los cuales tienen un comportamiento opaco (reflejan la luz) y transparente (dejan pasar la luz, pero cambian su dirección).
Entre los fenómenos físicos a que da lugar el comportamiento de la luz tenemos, entre otros, a la reflexión y refracción. Para hablar de Reflexión se deben cumplir dos Leyes:
1ª “El rayo luminoso incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano“.
2ª “El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión “ ( a = b, de acuerdo a la figura que sigue).
El paso de la luz de un medio a otro se conoce con el nombre de refracción y cada medio óptico queda caracterizado por un índice de refracción n.
Se define n como el cuociente entre la velocidad que tiene la luz en el vacío (c) y la velocidad que alcanza la luz en el medio (v). Así n = (c/v), siendo c = 3*108 [m/s].
En el fenómeno de refracción se cumplen dos leyes:
1ª “El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en un mismo plano“.
2ª “ Ley de Snell: n× sen( a ) = n’× sen ( g )“.
ACTIVIDADES PRIMERA PARTE
1. Ley de Reflexión:
Haga incidir un haz de luz sobre la superficie plana del objeto, observe el haz de luz reflejado. Mida los ángulos que forman el haz de luz incidente con la normal, y el haz de luz reflejado con la normal. Confeccione una tabla de datos ángulo de incidencia versus ángulo reflejado.
2.
Ley de Refracción:
Haga incidir un haz de luz sobre la superficie plana del objeto, observe el haz de luz refractado. Mida los ángulos que forman el haz de luz incidente con la normal, y el haz de luz refractado con la prolongación de la normal. Confeccione una tabla de datos ángulo de incidencia versus ángulo refractado, es decir, a v/s g.
3. Ley de Reflexión Interna total
Haga incidir un haz de luz sobre la superficie curva del objeto, cambie el ángulo de incidencia y observe que ocurre con los rayos incidentes y refractados cada vez que cambia el ángulo. Registre el valor del ángulo de incidencia cuando haya desaparecido el rayo refractado, este es el ángulo critico y para este ángulo se tiene la reflexión interna total.
INFORME PARTE I
Su informe debe contener:
1. A partir de la tabla de datos a v/s b, la verificación de la segunda ley de la reflexión.
2. Utilizando la tabla de datos a v/s g y la Ley de Snell, determine el índice de refracción del semicilindro utilizado.
3. El cálculo del índice de refracción del semicilindro utilizando reflexión interna total. Compare con el índice determinado en 2.
parte Ii: LENTES DELGADAS
INTRODUCCIÓN:
Las lentes son hechas de materiales transparentes (en general vidrio o plástico), limitadas por lados curvos, que normalmente son esféricos. Las lentes tienen lados cóncavos o convexos, pudiendo ser uno de ellos plano, como muestra la figura. Las lentes que tienen los extremos mas finos que la parte central (como las lentes biconvexas) son convergentes (b y d de la figura) y las que tienen los extremos más gruesos que la parte central (como las lentes bicóncavas) son divergentes (a y c de la figura) .
(a) Lente plano-cóncava (b) Lente plano-convexa, (c) Lente bicóncava y (d) Lente biconvexa.
Como lo mencionamos anteriormente lente convergente es más gruesa en el centro y una lente divergente es más delgada en su parte central que en sus bordes.
El eje principal del lente es una línea imaginaria perpendicular al plano del lente que pasa por su punto medio. Se extiende hacia ambos lados del lente. A cierta distancia del lente a lo largo del eje principal se encuentra el punto focal (F). Los rayos de luz que inciden en un lente convexo paralelos al eje principal se juntan o convergen en este punto. La longitud focal del lente depende tanto de la forma como del índice de refracción del material del que esta echo. Como con los espejos, un importante punto denominado 2F se encuentra alejado a una distancia dos veces mayor que la longitud focal. Si el lente es simétrico, el punto focal F y el punto 2F se localizan a las mismas distancias en cualquiera de los lados del lente, como se ve en la siguiente figura.
ACTIVIDADES:
Dependiendo de la posición del objeto (O) respecto del foco (f) de la lente, las imágenes pueden ser reales o virtuales y de mayor o menor tamaño que el objeto. La distancia focal f de un espejo o de una lente se relaciona con la distancia del objeto a la lente s y con la distancia de la imagen a la lente s´ por la expresión:
El aumento lateral de la lente (m) es igual al cuociente entre la distancia imagen y la distancia objeto:
De la figura se tiene que:
A partir de esto podemos decir que la amplificación lateral “m” vale:
indice de refraccion
Experimentalmente se comprueba que la luz se propaga con distintas velocidades en los diferentes medios ópticos. La razón entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio determinado se llama índice de refracción absoluto (n) del medio. Los índices de refracción de la mayoría de los vidrios corrientes utilizados en los instrumentos ópticos están comprendidos entre 1,46 y 1,96. Existen pocas sustancias que tienen un índice de refracción mayor, entre ellas está el diamante cuyo valor es de 2,42.
CALCULO DEL INDICE DE REFRACCION
Conocida la distancia focal de una lente y los radios de curvatura de sus dos caras es posible calcular el índice de refracción del material de la lente haciendo uso de la llamada "fórmula del constructor de lentes".
Tenga presente la convención de signos para los radios de curvatura.
La distancia focal de la lente se puede medir mediante alguno de los procedimientos que se describen posteriormente. Los radios de curvatura de las dos caras de la lente se mide usando el instrumento llamado esferómetro.
Luz blanca y luz monocromática
La luz blanca o luz policromática, está conformado por una gama de longitudes de onda del espectro visible, que va desde los 4000 A° (violeta) a los 7000 A° (rojo). (1 A° = 10-10 m)
Su análisis se efectúa mediante el uso de un prisma óptico, produciéndose el fenómeno de dispersión de la luz y que se manifiesta a través de un espectro único que muestra los colores componentes de la luz blanca desde el rojo (el color menos desviado), a la violeta.
En los experimentos, al emplear luz blanca, se está trabajando con haces luminosos cuya longitud de onda corresponde a un promedio. Por ello, es conveniente usar un filtro para la luz blanca que, al menos, asegura una longitud de onda más cercana a la idea de monocromática o de una sola longitud de onda.
Lo ideal es trabajar con una fuente de luz monocromática como lo es el láser He-Ne, que proporciona una luz como lo es el láser He-Ne, que proporciona una luz que tiene una longitud de onda de 6.328,2 A° (1 A° = 1,0 x 10-8 cm) en el vacío.
La luz LÁSER es muy fina, de gran intensidad, altamente monocromático de frecuencia muy estable. Las letras de la palabra LASER significan: Amplificador de luz por emisión estimulada de radiación.
L Light A Amplifier S by Stimulated E Emissions R of Radiation
Obtención de la distancia focal
• Método de Bessel
Se demuestra que si la distancia entre el objeto O y la pantalla P es mayor que cuatro veces la distancia focal de la lente, entonces existen dos posiciones de la lente para las cuales se producen imágenes reales sobre la pantalla. Una de estas imágenes es aumentada y la otra disminuida. Además se verifica que estas dos posiciones de la lente son simétricas con respecto al punto medio M de la distancia pantalla P y objeto O.
Llamamos D la distancia entre la pantalla P y el objeto O, y d el corrimiento de la lente para obtener las dos imágenes sobre la pantalla. La distancia focal de la lente queda determinada por la siguiente fórmula:
Procedimiento:
• Alineación del sistema, es decir, Lámpara, Objeto, lente y pantalla sobre el banco óptico en línea recta.
• Mueva la lente hasta ubicar la posición para la cual se observa una imagen nítida del objeto sobre la pantalla. Registre esta posición.
• Desplace la lente hasta encontrar la otra imagen y registre esta posición. Recuerde que estas dos posiciones son simétricas con respecto al punto medio.
• Mida la separación entre las posiciones de la lente d y la distancia entre la pantalla y el objeto D.
• Acerque unas tres veces más la lámpara a la pantalla y por cada vez realice lo anterior.
• Método de Gauss
Designando por s la distancia objeto - lente y por s’ la distancia pantalla - lente, se encuentra que la potencia óptica D = 1/f , en que f es la distancia focal de la lente, está dada por la formula de Gauss:
Modifique la distancia s cinco veces y encuentre los valores de s’ correspondientes, complete la siguiente tabla, para los correspondientes valores de s y s` calcule el valor del foco.
INFORME PARTE II
Su informe debe contener:
1) Él cálculo de la distancia focal usando los dos métodos.
2) De los dos procedimientos utilizados para la obtención del foco en el lente delgado, ¿Cuál de ellos presenta menos error?. Justifique su respuesta.
3) Explique cómo determinaría en forma experimental la distancia focal de una lente divergente.
4) Para una lente divergente dibuje las imágenes formadas en cada una de las siguientes situaciones: El objeto se localiza a una distancia mayor que la distancia focal y el objeto se localiza en una posición ubicada entre el foco y el vértice del lente.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuándo la imagen es aumentada?
2. A partir de la relación en que s es la distancia objeto-lente, y s’ la distancia imagen-lente, demuestre la fórmula de Bessel.
3. ¿Qué características tienen las imágenes observadas?
4. ¿En qué caso una lente convergente da una imagen virtual y en que caso una real?
5. ¿Para qué distancia entre el objeto y la pantalla se produce una sola imagen?
6. Describa brevemente los defectos ópticos del ojo: miopía, presbicia, astigmatismo, hipermetropía.
7. Explica en forma breve pero concisa porque el cielo ó esfera celeste lo vemos de color azul.
8. De una explicación de la formación de los colores del arco iris.
9. Explique a que debe el “espejismo”
10. Cuando se ilumina una rosa roja con luz roja, ¿por qué se calientan más las hojas que los pétalos?
11. Cuando iluminamos una rosa roja con luz verde, ¿por qué se ven negros los pétalos?
12. ¿De qué color se ve un plátano maduro cuando lo iluminamos con luz roja? ¿Y con luz amarilla? ¿Y con luz azul?
