Último Laboratorio

7/17/2019 Último Laboratorio

http://slidepdf.com/reader/full/ultimo-laboratorio-5690026ba62d1 1/17

UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA

FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

PRÁCTICA DE LABORATORIO

Informe de l O!"# Pr$!"%! de L&or"or%o

N"'rle( de l L'(

El&ordo )or*

• Alemán López Steven Alexander• Aragón Casaya Silvio Antonio

• Corriols Álvaro• Espinoza Belén Isayana

• Lara Hernández Mónia !a"iola

Do!en"e* Ing# $sar %r"ina

Crrer* Ingenier&a Ind'strial

Gr')o* ()((

Manag'a *( de agosto+ *(,-

I. Resumen

https://www.facebook.com/stevenaleman95

https://www.facebook.com/silvio.a.aragon

https://www.facebook.com/alvaro.corriols.9

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En esta práctica de laboratorio se procedió a medir la longitud de un prisma y

marcar la parte media, se colocó el prisma en el origen o centro del papel angular

con el fin de observar la presencia y dirección de los rayos de luz luego de incidir en

la parte media del prisma con un láser, para este paso se midieron los grados del

rayo incidente, reflejado y refractado, el índice de refracción y el error relativo para

una solución de azúcar, cloruro de sodio, aceite de oliva, vidrio óptico, alcohol

etílico, agua, glicerina, aire y prisma (vacío) ! continuación, se procedió a utilizar la

solución de azúcar para repetirse el e"perimento anterior pero variando el grado de

incidencia, en un intervalo de #$o hasta llegar a %$o, con el objetivo de observar el

ángulo del rayo reflejado, el refractado y el índice de refracción

En esta práctica se utilizó un láser, un papel angular, un prisma y un transportador,obteni&ndose los resultados mediante la observación y manualmente haciendo uso

de la ley de 'nell Esta práctica de laboratorio funciono para comprender la

importancia de la refle"ión y refracción de la luz en distintos medios, llegándose a la

conclusión de ue siempre ue se produce una refracción tambi&n se produce una

refle"ión



II. Introducción

a presente práctica de laboratorio consistió en estudiar e"perimentalmente las

leyes de la refle"ión y la refracción de la luz, además de observar mediante la

e"perimentación el índice de refracción de la luz en distintas sustancias

'e observó y analizó la importancia de la *ísica, desde el punto de la aplicación y la

refle"ión y refracción de la luz, debido a ue gracias a la refle"ión es ue se lleva a

cabo la visión de los objetos

Esta práctica de laboratorio, además de funcionar como medio para observar y

analizar el rayo incidente, reflejado, refractado y el índice de refracción, fue de vital

importancia para complementar los temas impartidos en clases, llevando a la

práctica lo teórico, fortaleciendo y promoviendo un aprendizaje parejo, ue nos

conlleva a tomar en cuenta parámetros físicos y nos vincula con la realidad ue un

día, como futuros ingenieros industriales, nos rodeara



III. Objetivos

Objetivo General

• Analizar experimentalmente las leyes de la re.exión y la re/raión de lal'z#

Objetivos Específicos

• +escribir las características de las ondas electromagn&ticas y cómo se

comportan en diferentes sustancias

• +eterminar del índice de refracción de distintas sustancias

• onocer las distintas teorías sobre la naturaleza de la luz y e"plicar cómo han

ido evolucionando históricamente



IV. Marco Teórico

'e sabe ue la visión de los seres vivos es posible gracias a la luz, pues al incidir un

haz de luz, este es refractado (transmitido) en nuestro ojo 'egún -oung, . /

*reedman, 0 (1$$2, p##1#) 3alileo intento medir la rapidez de la luz, sin &"ito

alguno El #4%5 6a"7ell logró demostrar ue la luz es una onda electromagn&tica y

determino e"itosamente la rapidez con la ue se propaga dicha onda

+e acuerdo con profesor en línea (sf) la luz es una forma de energía y a su vez

puede ser la causante de los cambios en los cuerpos 8or otro lado, afirma ue,

e"isten cuerpos ue emiten su propia luz, estos reciben el nombre de fuentes

luminosas, cabe recalcar ue estas fuentes se subdividen en fuentes luminosas

naturales, como lo es el sol, y en fuentes luminosas artificiales, por ejemplo los

bombillos, las candelas, entre otros

98ero cómo es posible ue gracias a la luz el ser humano pueda ver: Es simple,

todo es debido a la propagación de la luz, pues la luz emitida por una fuente

luminosa es capaz de llegar a otros objetos e iluminarlos a trav&s de rayos

luminosos

'egún ;ipler (1$$2, p#$4%) teniendo en cuenta ue la onda es una luz, su

propagación se podría e"plicar de la misma forma como se propaga cualuier onda,

mediante el uso del m&todo geom&trico, descubierto por hristian .uygens en #<%4,

el cual tambi&n es conocido como el principio de Huygens y postula lo siguiente=

“Cada punto de un frente de onda primario sirve como foco de ondasesféricas secundarias que acaban con una velocidad y frecuencia igual a las

de la onda primaria. El frente de la onda primario al cabo de un cierto tiempo

es la envolvente de estas ondas elementales”

'in embargo, ;ipler afirma ue, el principio propuesto por .uygens, posteriormente

fue modificado por *resnel, de esta forma era posible calcular el nuevo frente de

onda a partir del frente de onda primitivo, mediante la superposición de las ondas

elementales, pero esta vez se tomarían en cuenta sus amplitudes y fases relativas

8osteriormente, >irchhoff situó el principio .uygens?*resnel sobre una base

matemática firme, pues afirmaba ue este principio era una consecuencia de la

ecuación de ondas

8or otro lado, ;ipler asegura ue, >irchhoff demostró ue la intensidad de las ondas

elementales depende del ángulo 'in embargo, al ser tan peue@a la longitud de la

onda de luz, entonces se utilizara la apro"imación del rayo para describir su

propagación

'egún ;ipler, la propagación de la luz tambi&n puede describirse con el principio de

*ermat, el cual enuncia=



ALa trayectoria seguida por la luz para pasar de un punto a otro, es aquella

para la cual el tiempo es un recorrido mínimo”

+e los principios anteriormente e"plicados, se deducen tanto la ley de la refle"ión

como la ley de la refracción

;ipler afirma ue, la velocidad de la luz en un medio transparente tal como el aire,

es menor ue la velocidad en el vacío 8or otro lado, asegura ue un medio

transparente se caracteriza por el índice de refracción, el cual se define por el

cociente entre la velocidad en el vacío y la velocidad del medio

n=c

v

8or otro lado, afirma ue, al incidir un haz de luz en una superficie límite de

separación entre dos medios, una parte de la energía luminosa se refleja y otra

parte entra en el segundo medio, este último fenómeno se conoce como refracción

El ángulo 0# entre el rayo incidente y la normal (recta perpendicular de la superficie)

es conocido como el ángulo de incidencia y el plano definido por ambas líneas es

llamado plano de incidencia

+e acuerdo con la ley de refle"ión, el rayo reflejado yace en el plano de incidencia y

forma 0#B con la normal, entonces deberá ser igual al ángulo de incidencia

θ' 1=θ1

'egún ;ipler, el ángulo de refracción depende del ángulo de incidencia y la

velocidad relativa de las ondas luminosas en los dos medios 8or lo tanto, si v # es la

velocidad de la onda en el medio incidente y v1 la velocidad de la onda en el medio

transmisor, los ángulos de incidencia y refracción vienen relacionados por=

1

V 1senθ1=

1

V 2senθ 2

;ipler asegura ue esta ecuación es validad para la refracción de cualuier tipo deonda incidente en una interface limite ue separe dos medios distintos, sin embargo,

al retomar dicha ecuación en función de los índices de refracción de dos medios, se

transformaría de la siguiente manera=

n1 senθ1=n2 senθ 2

Esta ecuación es conocida como la ley de 'nell y surgió a causa de un

descubrimiento e"perimental de Cillerbrod 'nell en #<1#



V+ Me"odolo-

1ara 'mplir los o"2etivos de este la"oratorio se llevaron a a"o lossig'ientes experimentos empleando los sig'ientes materiales3

4 1'ntero laser4 1risma semiir'lar 5'eo4 1risma de vidrio óptio4 1apel ang'lar4 6ransportador

4 7egla de 8(m4 9i/erentes s'stanias :ag'a+aire+ ag'a on az;ar+ ag'aon sal+ aeite vegetal+glierina+ alo5ol et&lio<



4

4 La prátia de la"oratorio onsistió en dos experimentaiones porseparado para est'diar las leyes de la re.exión y re/raión de la l'zen di/erentes medios#

. Re/e0%1n 2 refr!!%1n de l l'( en d%feren"e3 med%o3

4 Se '"io en 'n papel ang'lar el entro de la 5o2a y se mararon on'n transportador las medidas de los áng'los ada ,( grados paralos 'adrantes dos+ tres y 'atro de los e2es de oordenadas =x> y=y> /ormados por el entro de la 5o2a de papel# L'ego se oloó elprisma semiir'lar 5'eo on 'na determina s'stania en el p'ntode origen de los e2es+ 5aiéndolo oinidir on la mitad del prisma#

4 1osteriormente se 5iso inidir el 5az de l'z del p'ntero laser a lamitad del prisma+ a 'n grado ar"itrario desde el 'arto 'adrante de

la 5o2a+ atravesando el prisma semiir'lar on 'na de lass'stanias+ de modo ?'e se p'diera identi@ar los áng'los dere.exión y re/raión del 5az de l'z#

4 Este proedimiento se repitió on ada 'na de las s'staniasseleionadas y os res'ltados o"tenidos se anotaron en 'na ta"lapara s' análisis y poder al'lar los &ndies de re/raión de la l'zde ada 'na de las s'stanias 'tilizadas+ as& omo la veloidad de la

l'z en di5os medios#

. De)enden!% de 45 !on re3)e!"o 46 '3ndo el ' !on(7!r

4 Se repitió el experimente anterior+ esta vez+ 'sando ;niamenteel ag'a on az;ar y variando el grado de inidenia del p'nterolaser de ,( grados 5asta llegar a los ( grados# 1ara adaáng'lo de inidenia se identi@ó el áng'lo re.e2ado y re/ratadodel 5az de l'z+ y se al'lo el &ndie de re/raión de la

s'stania#

4 Los datos reoletados se organizaron en 'na ta"la para s'de"ido análisis por medio de 'na gra/ia 8:< vs ,:D< y sen8:< vssen,:D<#

VI+ An$l%3%3 2 Re3'l"do3

4 6a"la ,# ndies de re/raión de alg'nas s'stanias

4 S'stania4 ndie de

re/raión4 S'stania

4 ndie de

re/raión4 Aire 4 ,+(((*F 4 Alo5ol 4 ,+8G*

'r 6+ Re/e0%1nrefr!!%1n de l

l'(



et&lio4 Ag'a :*(

C<4 ,+888

4 idrioóptio

4 ,+-*

4 Jlierina 4 ,+)84 Aeite

vegetal4 ,+)G

4 9isol'iónde az;aral *-K :*(C<

4 ,+84 Clor'ro de

sodio4 ,+-)

4 9iamante 4 *+), 4 Hielo 4 ,+8(F4 5ttp3NNN#vaxaso/tNare#omdoOed'@sinre/raion#pd/

4 7e.exión y re/raión de la l'z en di/erentes medios

4 6a"la *# ndie de re/raión al'lado+ onsiderando n, P ,+(((*F

:aire<

4 S'stani

a

4 7ayoinidente,

:grados<

4 7ayore/ le2ado*

:grados<

4 7ayore/ ratado8

:grados<

4

n3=

n1si

sin

4 Errorrelativo

:K<

4 eloidaddelal'zenel

medio:ms<

V m

4 Alo5ol

et& lio

4 ,( 4 ,( 4 G 4 ,+GG4 *,

+

4 ,+,D,

(

4 Ag'aonsal

4 *( 4 *, 4 ,) 4 ,+),4 +

))

4 *+,8D,(

4 Jli

4 8( 4 8( 4 *( 4 ,+)G 4 (+G

4 *+(-



erina

D,(

4 A

eite

4 )( 4 )( 4 *-+- 4 ,+)F 4 *+(,

4 *+

(,D,(

4 idrioóptio

4 -( 4 -,4 )*

+-4 ,+,8

4 *-+G-

4 *+G-D,(

4 Aire

4 G( 4 -F 4 -F 4 ,+(, 4 ,+((

4 *+

FD,(

4 Ag'a

4 ( 4 (4 )-

+-4 ,+8,

4 ,+-(

4 *+*FD,(

4 Ag

'aonaz;ar

4 ( 4 ( 4 ) 4 ,+8)4 *+

F

4 *+*)D,(

4 En la ta"la * se o"serva ?'e para ada 'na de las s'staniasest'diadas el áng'lo del rayo re.e2ado es ig'al o erano al áng'lodel rayo inidente+ esto es de a'erdo a la ley de la re/lexión , P*# Seg;n la ley de la re/raión la l'z+ ?'e se omporta omo onda+experimenta 'n am"io de direión y solo p'ede 5a"er re/raiónsi la l'z inide o"li'amente so"re la s'per@ie ?'e separa los dosmedios+ 'yos &ndies de re/raión son distintosQ por ende eláng'lo del rayo re/ratado del laser para ada s'stania es distintode s's áng'los inidentes y re.e2ados# Jeneralmente el rayore/ratado es menor al rayo inidente+ pero este podr&a llegar a serig'al o mayor#

4 La re/raión se origina en el am"io de veloidad de propagaión

de la l'z y los &ndies de re/raión para ada s'stania sondistintos+ sin em"argo para alg'nas s'stanias omo la glierina y el



aeite+ s's &ndies de re/raión son ligeramente similares# Laveloidad on ?'e via2a la l'z en el medio depende del &ndie dere/raión de la s'stania# La relaión de , P * para los valores dela ta"la re.e2an en general m&nimos errores relativos#

4 9ependenia de 8 on respeto a , 'sando el ag'a on az;ar

4 6a"la 8# Haz re/ratado e /'nión del 5az inidente4 S'stania seleionada3 Ag'a on az;ar :&ndie de re/raión

teório3 ,+8<4 7ayo

inidente ,

4(

4,(

4*(

48(

4)(

4-(

4G(

4(

4 7ayore.e2ad

o *

4

(

4,(

4*(

48(

48F

4)F

4-F

4(

4 7ayore/rata

do 8

4(

4

4,)

4*,

4*

48)

48

4))

4

n3=

n1sinθ

1

sinθ3

4(

4,+

4,+

4,+

4,+

4,+

4,+

4,+

4 Error

relativo:K<

4(

4

*+

4

,+

4

(+

4

,+

4

,+

4

,+

4

*+

4 En la ta"la 8 se apreia omo 8 depende de , de /orma en ?'e amedida ?'e el áng'lo de inidenia del laser a'menta+ el áng'lore/ratado a'menta# El am"io de medio por el 'al el 5az de l'zpasa es del aire al ag'a on az;ar+ es deir+ de 'n medio de &ndiede re/raión menor a 'na mayor :,+(((*F R ,+8< lo 'al evitare.exión total interna#

4 El &ndie de re/raión al'lado del ag'a on az;ar para ada , es

'n valor onstante ya ?'e es el &ndie de re/raión orrespondientea la s'stania y ?'e no depende del áng'lo de inidenia# oo"stante+ se re.e2a 'na onsidera"le desviaión estándar de losvalores respeto a 'n promedio de ,+8 del &ndie de re/raión dela s'stania est'diadaQ por lo tanto se ometieron altos erroresrelativos al momento de las mediiones#

4 9e manera general se p'ede a@rmar ?'e 5'"ieron tanto aiertosomo desaiertos a la 5ora de al'lar los &ndies de re/raión de

ada s'stania en omparaión on los valores teórios#4



VII. Conclusiones

4 !l finalizar el trabajo se concluye ue=

'egún la teoría corpuscular de De7ton, la refle"ión se asocia a un choue

elástico y por tanto el ángulo de incidencia es igual al ángulo reflejadp, de

acuerdo a esta ley entonces, se concluye ue, para cada una de las

sustancias estudiadas el ángulo del rayo reflejado es igual o cercano al

ángulo del rayo incidente

'egún la ley de la refracción la luz, ue se comporta como onda, e"perimenta

un cambio de dirección y solo puede haber refracción si la luz incide

oblicuamente sobre la superficie ue separa los dos medios, cuyos índices de

refracción tiene ue ser distintos

! medida ue el ángulo de incidencia del láser aumenta, el ángulo refractado

aumenta

'e logró un gran acercamiento para cumplir la ley de 'nell y la de refle"ión

los impedimentos fueron errores en la práctica, pero se puede decir ue en

condiciones ideales ambas leyes se cumplen y es posible medir el

comportamiento de la luz, ya sea como haz u onda, en cualuier medio ue

permita su paso

4

4

4



. ista de referencias.

4 -oung, . / *reedman, 0 (1$$2) Física Universitaria, con física moderna

volumen 2. (#1ma edición) 6e"ico= 8erson Educación

4 8rofesor en línea (sf) Luz 0ecuperado de=

http=FF777profesorenlineaclFfisicaFuzhtm

4 ;ipler, !Enríuez, (#222) Física Para La Ciencia Y La ecnología. (Gta

edición) Espa@a= 0evert&

. !iblio"rafía

4 8once, 6 (1$#1) !anual de pr"cticas de la#oratorio$ electricidad,

magnetismo % &ptica. 6anagua, Dicaragua= H!

4



. Evaluación

. 6+. 8!%endo '3o de l e!'!%1n de l Le2 de Snell de"erm%ne el-nd%!e de referen!% de l l'( )r !d 3'3"n!% !on"en%d en el)r%3m 2 )r el #%dr%o 1)"%!o 9n5:+ Re!'erde ;'e el -nd%!e de

refr!!%1n del %re en !ond%!%one3 normle3 de "em)er"'r 2)re3%1n e3* n6<6+===>?+

a Alo5ol3 n8 P ,#GG" Ag'a T Sal3 n8 P ,#) Jlierina3 n8 P ,#)d Aeite3 n8 P ,#-,e idrio óptio3 n8 P ,#,)/ Aire3 n8 P ,#(,g Ag'a p'ra3 n8 P ,#8G5 Ag'a on az;ar3 n8 P ,#),

. >+. Com)re el #lor o&"en%do en 3' e0)er%men"o !on lo3 #lore3de l3 "&l3 )r el m"er%l en e3"'d%o 9#er #lore3 "e1r%!o3 enl "&l 6:+

4 A pesar ?'e los valores experimentales no oiniden on los teórios+ losporenta2es de error son "a2os# 6enemos ?'e tomar en 'enta ?'e3 no serealizó el experimento en ondiiones normales de temperat'ra y presión+por tanto el aire no ten&a s' &ndie de re/raión orretoQ además de loserrores a'sados por la vista de los est'diantes y por el &ndie de error delas 5erramientas de mediión#

. 5+. Con lo3 d"o3 de l "&l 5 rel%!e 'n r$f%!o de @5 92: #3 @690: 2 o"ro )r 3en@5 92: #3 3en@6 90:+ Anl%!e l3 d%3"%n"3de)enden!%3 2 d%3!'" 3'3 !on!l'3%one3+

a

( ,( *( 8( )( -( G( A( L( F((

,(

*(

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)(

-(

G(

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Áng'lo de re/raión :y< vs# áng'lo de inidenia :x<

4



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C5art 6itle

4

4

4

4

4

4

4

4



4 VEstos grá@os dem'estran ?'e a medida ?'e el áng'lo de inideniaa'menta+ el de re/raión a'menta proporionalmenteQ a exepión através del aire ya ?'e este tiene 'n &ndie de re/raión m'y pe?'eWo#

. +. 8!%endo '3o del -nd%!e de refr!!%1n !l!'ldo 9n5:,

de"erm%ne l #elo!%dd de l l'( )r !d 'n de l3 3'3"n!%3'"%l%(d3+ C < 5 0 6= m3 2 V en el med%o < C n5

a Alo5ol3 C P ,( ** F,#G ms" Ag'a on sal3 C P *,) *- ,)#8 ms Jlierina3 C P *() (, G8*# msd Aeite3 C P ,F G- )FG# mse idrio óptio3 C P *G8 ,- F)# ms/ Aire3 C P *F (*F (8 msg Ag'a p'ra3 C P **( - *8-#8 ms5 Ag'a on az;ar3 C P *,* G- F-#) ms

. +. 'H )'ede de!%r !er! de l #l%de( de l le2 de Snell 2 l le2de l refle0%1n 9@6 < @>: )r lo3 !3o3 ;'e !& de e3"'d%re0)er%men"lmen"e De3rrolle 3' re3)'e3" en l3 !on!l'3%one3+

4 VSe logró 'n gran aeramiento para 'mplir la ley de Snell y la dere.exiónQ los impedimentos /'eron errores en la prátia+ pero se p'ededeir ?'e en ondiiones ideales am"as leyes se 'mplen y es posi"lemedir el omportamiento de la l'z+ ya sea omo 5az ' onda+ en 'al?'iermedio ?'e permita s' paso#

4

4

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