Óptica Geométrica

ÓPTICA GEOMÉTRICA: REFRACTÓMETRO

Geometrical Optics: Refractometer

RESUMEN

Los sólidos y líquidos tienen la capacidad de reflejar y refractar la luz, gracias a esto pueden ser utilizados en experimentos de laboratorio para verificar si las leyes principales de óptica geométrica se cumplen para estos. En esta práctica se realizará el estudio de las leyes que rigen la óptica geométrica de algunos cuerpos. Para constatar dichos enunciados y generar su aplicabilidad; se hizo uso de prismas (rectangular y triangular) y de diferentes sustancias que permitieron el análisis y verificación de índices de refracción y ángulos presentes en la geometría de los experimentos, esto se realizó con el fin de constatar dichas leyes y poder así crear un instrumento más exactamente refractómetro que ayude a medir el índice de refracción para diferentes sustancias en general.

Palabras Claves: Ley de Snell, índice de refracción, ley de reflexión, refractómetro, propagación de la luz, solido, liquido.

ABSTRACT

Solids and liquids have the ability to reflect and refract light, because this can be used in laboratory experiments to see if the main laws of geometrical optics are satisfied for these. For this practice we will make the study of the laws of geometrical optics of some bodies, in order to verify such statements and generate its applicability, during the practice we use some prisms (rectangular and triangular) and water mixed with various substances in order to observe such laws and create a tool to help measure the refractive index for different substances, so that create a more exactly refractometer which helps measure the refractive index for different substances in general.

Keywords: Snell's law, refractive index, reflection law, refractometer, light propagation, solid, liquid.

INTRODUCCIÓN

Si hacemos un razonamiento simple sobre la naturaleza de la luz, fácilmente deducimos que la luz es algo que viene del sol, inunda nuestro medio y con la ayuda de nuestros ojos nos permite ver.

Este fue el camino que dio lugar al nacimiento de una rama de la óptica, la óptica geométrica, en la que todas las deducciones se hacen basándose en razonamientos geométricos y no es necesario suponer nada sobre la naturaleza de la luz. [1]

La Óptica geométrica estudia las imágenes producidas por refracción o por reflexión de la luz, Se ocupa de las trayectorias de los rayos luminosos y parte de las leyes fenomenológicas de Snell de la reflexión y la refracción [1].

El objetivo principal de esta práctica es la construcción de un refractómetro, y como su nombre lo indica, basa su funcionamiento en el estudio de la refracción de la luz. Para la realización del mismo se tendrán en cuenta las distintas leyes de óptica geométrica existentes.

Marco Conceptual

Para la realización de refractómetro es de vital importancia recordar y entender algunos conceptos de óptica geométrica que ayudaran a clarificar como fue el desarrollo de esta práctica. Estos son:

Ley de Reflexión: el fenómeno más evidente para la reflexión, en el que se refleja la mayor parte del rayo incidente sucede cuando la superficie es plana y pulimentada. El ángulo de incidencia i es el formado por la luz incidente y la

normal, esta es una recta perpendicular a la superficie de separación de los dos medios n en el punto de contacto del rayo. El rayo de reflexión r es el formado por el rayo reflejado y la normal [2]. La ley de reflexión establece que el ángulo incidente es igual al ángulo reflejado (Ecuación 1).

Ley de Refracción: es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos [3]. Unido a este concepto se encuentra la ley de Snell, la cual es una ecuación (Ecuación 2) utilizada para calcular el ángulo de refracción al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz con índice de refracción distinto. [3]

Índice de refracción: es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo (Ecuación 3). [3]

Reflexión total interna: es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz atraviesa un medio de índice de refracción n2 menor que el índice de refracción n1 en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico. El ángulo crítico o ángulo límite (θc), también es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. El ángulo de incidencia se mide respecto a la normal de la separación de los medios [4]. El ángulo crítico viene dado por:

Teniendo esto claro, se procede a realizar los diferentes experimentos que ayudan al cumplimiento del objetivo y que se describirán en la siguiente sección.

Montaje experimental

Para la realización del experimento se trabajó con los siguientes materiales: laser, papel coordenadas polares, prisma, cubo rectangular transparente, cubeta semicircular transparente, pantalla de observación, espejo, y diferentes sustancias.

Se realizaron 4 actividades, para estas lo que se hizo fue ubicar la luz del laser de tal manera que incidiera por el centro de la hoja donde estaban dibujadas las coordenadas polares, sistema de coordenadas bidimensional en el cual cada punto del plano se determina por un ángulo y una distancia.

La primera de ellas fue la verificación de la ley de snell y la ley de reflexión. Se realizo con la ayuda del cubo rectangular transparente y la ecuación 2. Los resultados se encuentran tabulados en la tabla 1.

Ángulo incidente Ángulo reflejado Variación de Plano

(10°±1°) (9,5°±1°) (260°- 80°)

(20°±1°) (21°±1°) (250°- 70°)

(30°±1°) (28,8°±1°) (240°- 60°)

(40°±1°) (40,25°±1°) (230°- 50°)

(50°±1°) (50,2°±1°) (220°-

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