ONDAS, PTICA Y FISICA MODERNAEXPERIENCIA: N5Aplicaciones de Reflexin y Refraccin de la Luz

Profesora:Lina Fernndez ParraIntegrantes:Claudio Allendes Castilloclaudio.allendes.c@usach.clToms Contreras Gmeztomas.contreras@usach.clMaximiliano Romn Pintomaximiliano.roman.p@usach.clCamilo Soto Jimnezcamilo.soto.j@usach.cl

OBJETIVO:

Observar y medir la experimentalmente la reflexin y la refraccin de la luz en interfaces distintas.

1.-INTRODUCCIN:

En esta experiencia trabajaremos el rea de la ptica geomtrica que refiere especficamente a la formacin de imgenes. Podemos entender como imagen aquella que en situaciones cotidianas puede ser nuestro reflejo en un espejo, la observacin a travs de lentes, microscopios, caleidoscopios; cada una con efecto diferente, sin embargo todas nos muestran su formacin caracterstica de una imagen.Como trabajamos anteriormente, los fenmenos de reflexin y refraccin y su interaccin entre dos materiales diferentes, tambin marcan aqu la diferencia segn el material obedeciendo a sus caractersticas en cada caso. La reflexin nos har alusin a imgenes que se reflejan en superficies planas como un espejo, un metal pulido, etc. Mientras que por refraccin se formarn imgenes como por ejemplo a travs de un lente, que son los casos que veremos en esta experiencia. Conceptos necesarios para comprender la formacin de imgenes:Imagen virtual: Es aquella que est formada por la proyeccin de los rayos reflejados o refractados, dependiente del caso de un espejo o lente.Imagen real: Es aquella que se forma con los rayos reflejados o refractados (no con sus proyecciones).Formacin de imgenes por espejo plano: Cuando existe reflexin sobre un espejo plano (entindase un espejo como una superficie perfectamente pulida capaz de reflejar los rayos de luz), se genera una imagen virtual, de igual tamao al del objeto situado delante del espejo, simtrica, derecha y presenta inversin lateral.Ahora, para comprender la formacin de imgenes en espejos curvos, debemos definir variables y conceptos a partir de la suposicin de que en teora existe una esfera completa, aunque nuestro espejo sea slo una pequea seccin de sta.Centro de curvatura: Es el centro de la esfera terica a la que pertenece la seccin de espejo.Radio de curvatura: Como podemos deducir, es el radio de la esfera terica dentro de la cual estamos trabajando, para diferenciar en trminos de radio, un espejo cncavo (), mientras que un espejo convexo ser ()Vrtice: Es el centro de la seccin de espejo esfrico.Eje central o focal: Es la lnea imaginaria que pasa por el centro de la curvatura y el vrtice.Foco: Es el punto situado sobre el eje central, entre el centro y el vrtice, por donde pasan todos los rayos reflejados procedentes de los rayos paralelos que llegan al espejo.Distancia focal: Distancia existente entre el foco y el vrtice del espejo. Respecto a la distancia focal se cumple que:

Ahora podemos describir el comportamiento de los rayos y su formacin de imagen en espejos esfricos:Todo rayo paralelo al eje principal, se refleja pasando por el foco y viceversa. Los rayos que pasan por el centro de curvatura, se reflejan sobre s mismo.Para fin de analizar el comportamiento segn espejos definiremos lo siguiente:Distancia del objeto al vrtice del espejo Distancia de la imagen al vrtice del espejo Distancia focal

Tipo de espejoUbicacin del objetoCaractersticas de la imagen

CncavoReal, menor e invertida

CncavoReal, igual e invertida

CncavoReal, mayor e invertida

CncavoNo se forma imagen

CncavoVirtual, mayor y derecha

ConvexoCualquier PuntoVirtual, menor y derecha

Luego, se tiene una ecuacin para los espejos:

Formacin de imgenes a travs de un lente: Entindase por lente, como un objeto transparente principalmente hecho de vidrio que posee la capacidad de generar refraccin ante el impacto de los rayos de luz. Los lentes se clasificarn por su forma y cmo reflejan la luz, convergentes y divergentes. Un lente convergente se caracteriza por su diferencia mayor de espesor entre la parte central (mayor), que sus bordes. La imagen de estos lentes convexos se general al otro lado del objeto, sus rayos convergen en un punto. Mientras que un lente divergente, se caracteriza porque su parte central posee menos espesor que sus bordes. En este tipo de lentes la luz se desva de forma tal que la imagen se produce del mismo lado que el objeto que est frente al lente, de un tamao mucho menor. En este caso, los rayos reflejados divergen.

Conceptos respecto a lentes:Centros de curvatura: c y c respectivamente, corresponden a los centros geomtricos de las superficies curvas que limitan los medios a partir del lente.Eje ptico: Lnea imaginaria que une los centros de curvatura.Centro ptico: Punto de interseccin del lente con el eje ptico.Foco F y F: Punto del eje por donde pasan los rayos refractados en el lente, que provienen de rayos paralelos al eje ptico.Distancia focal f y f: distancia entre el foco y el centro ptico.Luego respecto del comportamiento de los rayos incidentes sobre lentes, podemos decir que: Todo rayo paralelo al eje ptico se refracta pasando por el foco, si el rayo pasa por el centro ptico, no se desva. Si el rayo pasa por el foco, se refracta paralelo al eje principal. Si definimosDistancia del objeto al lente Distancia de la imagen al lente Distancia focal imagenLa ecuacin del lente es:

Tipo de lenteUbicacin del objetoCaractersticas de la imagen

ConvergenteReal, menor e invertida

ConvergenteReal, igual e invertida

ConvergenteReal, mayor e invertida

ConvergenteNo se forma imagen

ConvergenteVirtual, mayor y derecha

DivergenteCualquier PuntoVirtual, menor y derecha

Grficamente podemos observar:

2.-MTODO EXPERIMENTALLos materiales necesarios en esta ocasin son:-Ampolleta con vstago y fuente de poder-1 espejo cncavo-1 lente biconvexo o convergente -1 pantalla-Cinta mtrica

2.1.- Distancia focal de un espejo cncavoFigura 1.

Para comenzar este primer estudio de aplicacin de la reflexin de la luz, por medio del uso de un espejo cncavo, instalamos el montaje indicado en la figura1 de modo que el objeto, que en este caso ser la ampolleta, quede ubicado entre la pantalla y el espejo, procurando que se ubiquen en una misma lnea horizontal, paralela a la superficie.Terminado esto conectamos la ampolleta a la fuente de poder y modificamos las distancias para obtener una imagen ntida de la ampolleta en la pantalla y tomando las mediciones correspondientes de y se repetir este proceso 8 veces.

2.2.- Distancia focal de un lente biconvexo

En esta segunda etapa de estudio de la aplicacin de la refraccin de la luz, utilizando un lente convergente, se instala el nuevo sistema guiados por la figura 2 en donde la ampolleta quedar ubicada delante del lente, por donde pasar la imagen refractada hasta la pantalla.Nuevamente se repiten las mediciones de las distancias y siendo tabuladas y presentadas en la seccin de resultados.Figura 2.

3.-RESULTADOS:

Procedimiento 1: Radio de curvatura de un espejo cncavo

23,025,326,027,028,029,230,533,5

150,4100,5857573,5625950,5

0,04340,03950,03850,0370,03570,03420,03270,0298

6,65x10-39,95x10-30,01170,01330,01360,016120,016940,0198

Grfico 1. Espejo Cncavo

6,65x10-30,0434

9,95x10-30,0395

0,01170,0385

0,01330,037

0,01360,0357

0,016120,0342

0,016940,0342

0,01980,0298

De acuerdo a la ecuacin para un espejo cncavo se cumple:

Trabajando esta ecuacin de forma que represente la relacin lineal existente entre estas distancias

Obtenemos la ecuacin obtenida del grfico:

Por otro lado el reciproco de la distancia focal es la interseccin con el eje de las ordenadas entonces se desprende la siguiente relacin que:

Por tratarse de unespejo cncavo con curvatura esfrica, la distancia focal es positiva e igual a la mitad del radio de curvatura del espejo, es decir Reemplazando los datos obtenidos calculamos el radio, con valor:

Procedimiento 2. Distancia focal de un lente biconvexo o convergente

10,512,514,014,018,733,7

36,824,019,417,712,810,2

0,09520,080,071430,071420,053470,02967

0,02720,041660,051550,05650,078120,098

(*) Dato eliminado en el grafico

Conocidas las distancias de la ampolleta al lente y del lente a la pantalla y utilizando la ecuacin por la que se rigen espejos y lentes, graficamos esta relacin de acuerdo a los resultados

Grfico 2. Lente Biconvexo

De igual manera que el primer procedimiento con el espejo cncavo calculamos determinamos la distancia focal utilizando las relaciones ya presentadas

Por tratarse de un lente convergente, la distancia focal a obtener es positiva, de tal manera que mediante un simple despeje obtenemos:

4.-DISCUSIN:

Con las mediciones realizadas en ambos procedimientos determinamos unos valores ptimos de nuestro radio de curvatura y distancia focal, mediante sucesivos cambios variando la distancia de nuestro objeto con respecto a nuestro espejo o lente. A partir de nuestro Grfico 1. Espejo Cncavo , logramos determinar la relacin existente entre la ecuacin de un espejo cncavo, donde la distancia focal es la interseccin con el eje de ordenadas, adems el radio de curvatura es el doble de la distancia focal.

Con lo cual obtenemos que el radio sea Con respecto a la imagen es los espejos cncavos notamos que la imagen que es la luz, se refleja de forma invertida en la pantalla, yendo un rayo incidente hacia el espejo y este lo refleja hacia la pantalla en cierto punto que ubicamos.As mismo demostramos que las imgenes que se forman dependen de la posicin del objeto con respecto a nuestro espejo, debido a que la imagen se puede formar sobre una pantalla, llamada imagen real.

5.-CONCLUSINLas aplicacin practicas del espejo y lente son del uso cotidiano en nuestro diario vivir como el simple hecho de la utilizacin del espejo cncavo por los dentistas o cuando manejamos una lupa. La relacin existente entre la variacin de la distancia del objeto con respecto al C (centro de curvatura) y F (foco) de nuestro espejo o lente determinan distintas imgenes.Con respecto a nuestro espejo cncavo consideramos 5 lugares donde la imagen es diferente siendo una imagen invertida en todos los lugares: antes del foco; virtual, en el foco; no existe imagen, entre foco y centro; real, centro de curvatura; real mismo tamao, despus del centro; real.Por lo cual concluimos que si vamos alejando la pantalla, la imagen se va haciendo cada vez menos ntidaEn el caso de lentes convergentes, la imagen que observamos puede ser: real si la distancia entre el objeto y espejo es mayor que la distancia entre foco y vrtice, caso contrario ser una imagen virtual.Se verifica que los lentes convergentes magnifican el tamao aparente del objeto observado.

6.-REFERENCIAS:

Aplicaciones de reflexin y refraccin, Gua experiencia N5 Laboratorio de Ondas, ptica y Fsica Moderna, Universidad de Santiago de Chile. Fsica Universitaria Semanski, decimosegunda edicin.