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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

FORMATO GUÍA DE LABORATORIO

SEMESTRE ÁREA ASIGNATURA CÓDIGO

FÍSICA OPTICA Y ONDAS Y LABORATORIO

CB03006

PRÁCTICA

Nº UNIDAD

TEMÁTICA NOMBRE DE LA

PRÁCTICA DURACIÓN

8 2 Ley de Snell 2 H

RESUMEN Se estudia el fenómeno de refracción de la luz en una interface aire–acrílico y aire-vidrio utilizando un puntero láser. En la práctica, el estudiante debe identificar y relacionar las variables ópticas (ángulo de incidencia, ángulo de refracción, ángulo de reflexión e índice de refracción) a través de la observación de la desviación de los rayos de luz en la interface.

OBJETIVOS Objetivos de enseñanza

1. Hacer una breve introducción en la cual se plantea la experiencia a realizar y el objetivo de la misma.

2. Establecer las condiciones del movimiento para que sea armónico simple. Y así obtener el valor de la gravedad.

3. Acompañar al estudiante resolviendo dudas de carácter conceptual, metodológico y procedimental.

4. Fomentar la ética y la responsabilidad en el trabajo académico y en el ámbito profesional.

5. Fomentar la auto-reflexión crítica en el estudiante que permita la formación de ingenieros comprometidos con la sociedad y su proyecto de vida.

6. Corregir y retroalimentar los informes de laboratorio. Objetivos de aprendizaje

Potenciar el trabajo en equipo y las competencias comunicativas orales o escritas

Manejar adecuadamente los instrumentos y material de laboratorio, para el registro de datos de magnitudes directas o indirectas con sus respectivas incertidumbres.

Tabulación, organización, análisis e interpretación de resultados con apoyo relaciones matemáticas, de graficas e indicadores estadísticos.

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Identificar cuándo un fenómeno físico debe ser ajustado a su forma lineal para aplicar el método de regresión lineal.

Comprobar experimentalmente las propiedades de los rayos de luz al incidir en

una interface.

Establecer la relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción.

Obtener el índice de refracción de un material por ajuste lineal de mínimos

cuadrados y por el promedio calculado a partir del modelo teórico

Determinar experimentalmente el índice de refracción de una placa de acrílico

y de una placa de vidrio.

COMPETENCIAS 1. Capacidad para trabajar en equipo y comunicarse con sus compañeros de grupo 2. Capacidad para leer e interpretar textos de carácter científico en su lengua nativa o en una segunda lengua. 3. Capacidad para elaborar e interpretar graficas a partir de datos obtenidos en el experimento 4. Capacidad para analizar, sintetizar, generalizar y aplicar a partir de situaciones problema 5. Capacidad para organizar datos, resultados sintetizar conclusiones contrastables con modelos teóricos. 6. Capacidad para construcción, análisis e interpretación de gráficas. 7. Capacidad para manejar el lenguaje científico a un nivel de introducción a las ciencias (prefijos, notación científico). 8. Capacidad para buscar, organizar y clasificar información relacionada en el contexto de las ciencias. 9. Capacidad para utilizar los equipos y material de laboratorio, de forma responsable, minimizando cualquier impacto ambiental.

MARCO DE REFERENCIA En los medios elásticos y homogéneos, las ondas se propagan en línea recta. Ahora bien, la dirección de desplazamiento de los movimientos ondulatorios se modifica cuando la onda llega a la frontera de separación entre dos medios diferentes. En estos casos se producen los conocidos efectos de reflexión, refracción y dispersión de ondas. La refracción es la desviación que sufre un haz de luz cuando pasa por la interface que separa dos medios ópticos. La refracción es producida por el cambio en la rapidez experimentada por la onda de luz cuando cambia de medio de propagación. Este cambio está relacionado con una propiedad óptica del medio

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conocida como índice de refracción n, el cual se define como el cociente entre la rapidez de la luz en el vacío (C= 3x108 m/s) y la rapidez de la luz en un medio material transparente V:

𝑛 =𝐶

𝑉 (1)

Los ángulos incidente𝜃1, reflejado𝜃1′ y refractado𝜃2se miden respecto a la línea normal a la superficie de la interface.

La relación entre los ángulos 𝜃1 y𝜃2y los índices de refracción n1 y n2, está dada por la ley de Snell:

𝑛1 · 𝑠𝑖𝑛𝜃1 = 𝑛2 · 𝑠𝑖𝑛𝜃2 (2)

MATERIALES, EQUIPOS, INSTRUMENTOS

Puntero laser rojo (630-650) nm. Plantilla de ángulos Material acrílico Material de vidrio

REACTIVOS No aplica

PROCEDIMIENTO

RECOLECCIÓN DE DATOS

1. Ubique el acrílico sobre la plantilla de ángulos (anexo), de tal manera que coincida la superficie (interface) con la línea horizontal (𝜃=0).

2. Apunte la línea de luz roja del láser hacia la intersección de la línea normal y la interface (centro de la plantilla), este es el haz incidente. Se deben observar dos líneas rojas adicionales. Una haz que se refleja en la interface y un haz que ingresa en el material. Estos corresponden al haz reflejado y haz refractado respectivamente.

3. Mida el ángulo de incidencia como se muestra en la figura 1. Repórtelo en la tabla 1.

4. Mida el correspondiente ángulo de refracción. Repórtelo en la tabla 1.

5. Repita el procedimiento anterior hasta completar la tabla 1.

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6. Ahora realice todos los pasos anteriores para la placa de vidrio. Registre

sus datos en la tabla 2.

Figura 1. Esquema del montaje

Tabla 1. Resumen resultados para la placa de acrílico.

𝜃1 (grados) 𝑠𝑖𝑛𝜃1 𝜃2 (grados) 𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝑛2

15 ±

25 ±

35 ±

45 ±

55 ±

65 ±

𝑛2 promedio ±

Tabla 2. Resumen resultados para la placa de vidrio.

𝜃1 (grados) 𝑠𝑖𝑛𝜃1 𝜃2 (grados) 𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝑛2

15 ±

25 ±

35 ±

45 ±

55 ±

65 ±

𝑛2 promedio ±

Tabla 3. Resumen de resultados por promedio.

Valor experimentaln2por promedio para acrílico

Error porcentual por promedio ( % )

± ( )

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Tabla 4. Resumen de resultados por ajuste lineal.

Valor experimental n2por promedio para acrílico

Error porcentual por ajuste lineal ( % )

± ( )

Tabla 5. Resumen de resultados por promedio.

Valor experimental n2por promedio para vidrio

Error porcentual por promedio ( % )

± ( )

Tabla 6. Resumen de resultados por ajuste lineal.

Valor experimental n2por promedio para vidrio

Error porcentual por ajuste lineal ( % )

± ( )

4. Análisis de resultados

1. A partir de la ecuación (1) y tomando n1 = 1, calcule el n2 promedio para

cada par de datos en las tablas 1 y 2, con su respectiva incertidumbre por error cuadrático.

2. Reporte los valores experimentales obtenidos por promedio en las tablas 3 y 5.

3. Realice una gráfica de sin(𝜃2)en función desin(𝜃1).

4. Linealice la ecuación (2) y realice un ajuste lineal por mínimos cuadrados.

5. Calcule el índice de refracción n2a partir de la información obtenida en el

ajuste lineal. Reporte el valor de n2 en las tablas4 y 6, con sus respectivas incertidumbres por ajuste lineal.

6. Determine el error porcentual de los valores obtenidos con respecto al valor reportado (n2 =1.54 para el vidrio y n2 =1.49 para el acrílico [1]).

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝑉𝑡𝑒𝑜 −𝑉𝑒𝑥𝑝

𝑉𝑡𝑒𝑜× 100 (2)

5. Preguntas

1. Según la tabla 3, 4, 5 y 6, ¿Cuál de los dos métodos de cálculo en este

laboratorio es más exacto? Explique su respuesta.

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2. ¿Cuál es la tendencia de los datos en la gráfica de sin(𝜃2) en función de

sin(𝜃1), está esto de acuerdo con el modelo teórico?

3. ¿Cuál es la interpretación física de la pendiente?

4. De acuerdo a sus resultados, ¿en qué medio es mayor la rapidez de la luz?

5. ¿Es posible que los ángulos 𝜃1 y 𝜃2 sean iguales? ¿Puede demostrarlo experimentalmente?

6. ¿Por qué los valores obtenidos de índice de refracción son mayores a la unidad?

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

En caso de dudas en relación al ajuste lineal, errores, manejo de instrumentos consulte los siguientes documentos: Mecánica Laboratorio 1 “Medidas Directas” Mecánica Laboratorio 2 “Medidas Indirectas” Mecánica Laboratorio 3 “Ajuste Lineal” Ejemplo de ajuste lineal en AVA2. Lectura 5: Taller de Ley de Snell en AVA2 Consultar videos sobre utilización y cuidados del láser. Consultar videos sobre aplicaciones tecnológicas de los conceptos y procedimientos relacionados con la guía.

ASPECTOS A EVALUAR

Preinforme que incluye el marco teórico de los conceptos fundamentales de la guía, objetivos de la práctica, revisión del montaje instrumental. 2. Registro de datos en la bitácora con sus respectivas unidades e incertidumbres. 3. Tratamiento adecuado de datos teniendo en cuenta propagación de

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errores, ajuste lineal. 4. Elaboración de gráficas en hoja de papel milimetrado en las que se especifique: tabla de datos, título de la gráfica, ubicación de variables en los ejes con unidades, escala adecuada y la relación funcional entre las variables. 5. Análisis e interpretación física de los resultados obtenidos en relación con el modelo teórico. 6. Manejo adecuado de los instrumentos de medición y equipos de laboratorio. 7. Conclusiones con redacción coherente que muestre el análisis de los resultados, gráficas y respuestas de la guía. 8. Buscar aplicaciones relacionadas con su profesión. 9. Referenciar la bibliografía revisada.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

LIBROS [1] SERWAY, Raymond A. y JEWETT, Jhon W. (2005) Física I Texto basado en cálculo, 6a Ed. Editorial Thomson.

[2] Sears F. W., Zemansky M. W., Young H. D., Freddman R. A., Física Universitaria, Vol. I, Pearson Addison Wesley, México, 2005. 11ª Edición TEXTO GUIA [3] Ángel Franco García, Física con ordenador, (2011), www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/

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