88UNMSM - FCF LABORATORIO DE PTICAExperiencia N 01:Propagacin
rectilnea de la luz
I. Ejercicio1. Estudia cmo se propaga la luz.2. Determina el
tipo y la forma de propagacin utilizando el mtodo del visor.
II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermticoCon 1 diafragma, 1/2 rendijasCon 1 diafragma, 3/5
rendijas Fuente de alimentacin 312v - /6v ~,12v ~ Papel blanco
III. MontajeVer figura 1 Coloca en la mesa la hoja de papel, y
la caja luminosa con la parte de la lmpara sobre el papel, como se
ve en la figura 1. Marca a lpiz, con rayas finas, la posicin de la
caja luminosa.
IV. Realizacin1. Leyes de la propagacin de la luz Conecta la
caja luminosa a la fuente de alimentacin (12v ~) Observa la luz que
sale de la caja, y marca con pares de cruces el borde superior e
inferior del haz. Une las cruces de cada uno de los lados, y
rellena con un lpiz amarillo la superficie ocupada por el haz de
luz. Cmo discurren los lmites del haz de luz? Anota lo que
observas. Dale la vuelta al papel, coloca la caja luminosa sobre la
otra cara (figura 1), y marca su posicin con un lpiz. Sujeta en el
haz, a unos 2 cm de distancia de la caja luminosa, el diafragma de
tres rendijas. Observa la trayectoria de la luz antes y despus del
diafragma. Marca los bordes de los dos haces anchos (arriba y
abajo), y los haces estrechos visibles con dos cruces cada uno. Une
con una lnea todas las cruces que se correspondan, y colorea de
nuevo los dos haces ms anchos con el lpiz amarillo. Cmo discurren
los bordes de los haces ms anchos y los haces ms estrechos? Anota
de nuevo lo que observas. Desconecta la fuente de alimentacin y
quita la caja luminosa del papel.2. Mtodo del visorVer la figura 2
Coloca en la caja luminosa el diafragma de tres rendijas en la
parte de la lmpara, y ponla sobre el borde de una hoja de papel
(figura 2). Conecta la caja a la fuente de alimentacin (12v ~)
Marca la posicin de la caja, el orificio central del diafragma y la
trayectoria del haz estrecho central. Sujeta vertical en la
trayectoria de la luz el diafragma de una rendija, a unos 8 cm de
la caja luminosa ( figura 2 ). Observa el orificio central del
diafragma de tres rendijas a travs de la rendija del otro
diafragma. Debers desplazar cuidadosamente, en sentido transversal,
el diafragma de una rendija hasta que se vea perfectamente a travs
de su orificio el orificio central del diafragma de tres rendijas.
Marca exactamente la posicin del diafragma que tienes en la mano, y
sobre todo la posicin de su orificio. Despus de desconectar la
fuente de alimentacin, une con una lnea las cruces que marcan la
trayectoria de la luz. A qu conclusin llegas al comparar las marcas
de lpiz, que indican la trayectoria de la luz, con la posicin del
orificio del diafragma de una rendija? Anota lo que observas.
Figura 1Figura 2
V. Observaciones1. Propagacin de la luzTrayectoria de los lmites
del haz de luz:
Trayectoria de los bordes de los haces anchos:
Trayectoria de los haces estrechos:
2. Mtodo del visorPosicin de las marcas de lpiz y del orificio
del diafragma:
VI. Evaluacin1. Compara los resultados del Ejercicio 1. Qu
tienen en comn y en qu se diferencia?
2. Qu ley podras formular sobre la propagacin de la luz?
3. Intenta razonar los resultados de tus observaciones con mtodo
del visor.
4. Piensa en algunas aplicaciones tcnicas de la ley que has
encontrado, y pon dos ejemplos.
..
Experiencia N 02:Iluminancia ( ley de la distancia )
I. EjercicioVariando la distancia entre una fuente de luz y la
superficie iluminada, estudia la relacin que existe entre la
iluminancia E y la distancia r.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20w Base con varilla
para caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l = 600
mm (x 2) Escala para banco estativo Diafragma con cuadrado Jinete
para banco estativo Pantalla, blanca Fuente de alimentacin 312v - /
6v ~, 12v ~ Papel milimetrado 3 clips
III. Montaje Monta el banco ptico con las dos varillas y el pie
estativo variable, y coloca la escala en la varilla delantera.
Coloca la caja luminosa en la base con varilla, y sujtala en la
parte izquierda del pie estativo de manera que la parte de la lente
quede hacia fuera del banco ptico. Pon un diafragma opaco en la
parte de la lente, y el diafragma con cuadrado en el foco del otro
extremo de la caja luminosa. Coloca la hoja de papel milimetrado en
la pantalla, dobla hacia atrs lo que sobresalga, y sujeta con tres
clips el papel, de forma que quede liso. Coloca la pantalla, con el
jinete, en el banco ptico junto a la caja luminosa (fig. 1 )Figura
1
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin, (12v ~) y encindela. Desplaza la pantalla lentamente
hacia la derecha, y observa la superficie iluminada.Cmo vara el
brillo (iluminancia) y el tamao de la superficie iluminada?Anota lo
que observes. Coloca la pantalla en la marca de 6 cm (la pantalla
queda a una distancia r = 6 cm de la fuente de luz (filamento de la
lmpara de la caja luminosa) y el diafragma a 3 cm).Marca con un
lpiz (trazos) los bordes de la superficie iluminada. Pon la
pantalla sucesivamente a las distancias 12 cm, 18 cm y 24 cm, y
marca de la misma forma los bordes de la superficie iluminada.
Desconecta la fuente de alimentacin. Quita el papel milimetrado de
la pantalla, y dibuja las distintas superficies iluminadas uniendo
las marcas de sus bordes. Mide los lados a y b de las superficies
iluminadas, y anota los valores en la tabla 1.
V. Observaciones y resultados de las medidasVariaciones en la
superficie iluminada al aumentar la distancia de la pantalla a la
fuente de luz.Tabla 1r(cm)a(cm)b(cm)a x b(cm2)r2(cm2)A/r2
3(diafragma)1,01,01,0
6
12
18
24
VI. Evaluacin1. Calcula el rea A = a x b de las superficies
iluminadas, y los cuadrados de sus respectivas distancias r a la
fuente de luz.Anota sus valores en la tabla 1, columnas 4 y 5.
2. Compara los valores de A = a x b con r2. Qu relacin supones
entre A y r2 ?
3. Comprueba tu hiptesis:Calcula los cocientes A/r2 (con 2
dgitos despus de la coma), y anota los resultados en la ltima
columna de la tabla 1.Expresa la relacin entre A y r2 con una
frmula matemtica y verbalmente.
4. La luz de la caja luminosa se distribuye, segn esto, por
ejemplo, al doble de la distancia r, en un rea cuatro veces mayor.
Es decir, la iluminancia E (o el brillo) se ha reducido a un
cuarto.Qu relacin existe, entonces entre E y r?
5. La iluminancia E es, proporcional a la intensidad luminosa
I.Qu relacin existe entre E, I y r?
Experiencia N 03:Permeabilidad a la Luz de Slidos
I. Ejercicio1. Estudia la permeabilidad a la luz de diversos
slidos.2. Estudia de qu depende la permeabilidad a la luz del papel
vegetal.
II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermtico Cuerpo ptico trapezoidal Fuente de alimentacin 312v
- /6v ~, 12v ~ Cuerpos diversosCartabn de plstico, goma de borrar,
etc.Filtro de colores: RojoPapel o transparencias de varias
clasesPapel vegetal, papel recortable, Lmina transparente-Tamao 10
cm x 10 cmPapel blanco, A4Papel vegetal, A4Tijeras
III. Montaje Coloca la caja luminosa sobre una hoja de papel
blanco, con la parte de la lmpara, separada unos 12 cm del borde de
la mesa; prepara los cuerpos a estudiar (figura 1)
IV. Realizacin1. Permeabilidad a la luz en funcin del tipo de
material ( slidos ). Conecta la caja luminosa a la salida de tensin
continua de la fuente de alimentacin y ajuste la tensin a 4 v ~.
Sujeta el cuerpo ptico trapezoidal horizontalmente delante del
orificio de la caja, a unos 15 cm de distancia; mira a travs del
cuerpo hacia la fuente de luz (filamento) y observa su
transparencia (figura 1). Anote lo observado en la tabla 1. Repite
este experimento sosteniendo el cuerpo trapezoidal delante del
orificio de la caja luminosa, pero que la luz pase a travs de la
superficie mate.Anote lo que observes de nuevo en la tabla 1.
Repite este experimento con todos los slidos y las distintas clases
de papel que has preparado.Anote en la tabla 1 el resultado de tus
observaciones, completndola con los cuerpos y tipos de papel que
has utilizado. Desconecte la fuente de alimentacin y responda a las
preguntas 1 y 2 de la Evaluacin.2. Permeabilidad a la luz en funcin
del espesor. El montaje es el mismo que el experimento 1 (figura
1). Corta el papel vegetal en unos 8 trozos del mismo tamao; dibuja
en unos de esos trozos de papel una figura pequea ( aprox. 4 cm. )
con rotulador negro. Encienda la fuente de alimentacin. La caja
esta conectada a la salida se tensin continua ( 4 V ~ ). Sujeta
primero el trozo de papel vegetal con la figura delante de la caja
luminosa; luego aade sucesivamente 2, 3, 4, hasta 8 trozos de
papel; observe en cada caso la transparencia y la visibilidad de la
figura. Anote lo que observes en 2. Desconecte la fuente de
alimentacin.
Ejercicio ComplementarioAplica ahora la tensin de 12 V ~ a la
caja luminosa y observa la trayectoria de la luz lateralmente al
montaje del experimento ( figura 1 ). Agita un borrador de tiza con
cuidado, a unos 12 cm de la caja luminosa. Observa la trayectoria
de la luz y compara. Anota lo que observes. Desconecte la fuente de
alimentacin y quita la caja luminosa del papel. Contesta la
pregunta complementaria.
Figura 1V. Observaciones 1. Permeabilidad a la luz en funcin del
tipo de material ( slidos ).Tabla 1CuerpoObservacionesClasificacin
del Cuerpo
Cuerpo trapezoidal ( horizontal )
Cuerpo trapezoidal ( vertical )
Filtro ( Rojo )
Goma de borrar
Transparencia
Papel vegetal
2. Permeabilidad a la luz en funcin del espesorObservacin de la
luz aumentando el nmero de hojas de papel vegetal:..Visibilidad de
la figura:..3. Ejercicio complementarioDescriba lo que has
observado en el ejercicio complementario:..
VI. Evaluacin1. Compara tus observaciones sobre la permeabilidad
a la luz de los distintos cuerpos. Qu tres grupos de permeabilidad
se pueden sealar ?Compara la ltima columna de la tabla 12.
Clasifica otros objetos de tu ambiente en estos tres grupos. Haz un
resumen en un papel aparte.3. De qu depende la transparencia de
papel vegetal ? Formule un enunciado.
Ejercicio complementario Qu conclusin final puedes sacar de tus
observaciones del experimento complementario, sobre la
transparencia del aire ? Qu causa puede tener el fenmeno que has
observado ?
Experiencia N 04:Reflexin en el espejo plano
I. Ejercicio1. Estudia si hay relacin entre la direccin del haz
de luz que incide en un espejo plano y la direccin del haz
reflejado.2. Estudia cmo colocaras una hoja de papel para ver en
toda su longitud el haz reflejado.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermticoCon 1 diafragma, 1/2 rendijas Espejo sobre taco
Disco ptico Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel blanco
Libro con dorso ancho
III. Montaje y realizacin1. Direccin de los haces de luz
incidente y reflejado Coloca el disco graduado, llamado disco
ptico, sobre la hoja de papel, como se indica en la figura
1.Escribe 0 en la hoja, junto a la lnea horizontal, y marca sobre
esta hoja tambin otros ngulos (figura 1). Coloca el espejo plano en
el centro del disco, exactamente sobre la lnea vertical. Coloca el
diafragma de una rendija en la caja luminosa, en el lado de la
lente. Conecta la caja luminosa a la fuente de alimentacin (12 V ~
) Coloca la caja luminosa de forma que el haz de luz estrecho
incida en el espejo exactamente con un ngulo a de 60 (figura
1).Cuida que el haz de luz de la caja luminosa incida exactamente
en el punto de interseccin de las lneas del disco ptico. Lee el
ngulo del haz de luz reflejado.Este es el ngulo (ngulo de reflexin)
entre la lnea 0 (llamada normal al plano de incidencia) y el haz
reflejado; mira tambin la figura 1. Anota su valor en la tabla 1;
repite este experimento con todos los ngulos de incidencia dados en
la tabla, y otros tres ngulos a tu eleccin.Anota todos los valores
medidos en la tabla. Haz finalmente incidir la luz a lo largo de la
lnea 0 (la normal al plano de incidencia). Observa el haz
reflejado; qu valor tiene ahora el ngulo ? antalo tambin en la
tabla. Desconecta la fuente de alimentacin.2. Posicin de los haces
de luz incidente y reflejado Cambia el montaje del experimento
conforme a la figura 2.Para esto dobla una hoja de papel por la
mitad y colcala sobre un libro grueso, de modo que la doblez
coincida con el borde del libro. El espejo est en la parte inferior
de la hoja, coincidiendo con la doblez y el borde del libro.
Conecta de nuevo la caja luminosa (con el diafragma de una rendija
en el lado de la lente) a la fuente de alimentacin, y colcala sobre
la hoja de papel y el libro, como en la figura 2. Haz que incida
oblicuamente sobre el espejo un haz de luz estrecho, de modo que el
punto de incidencia sobre el espejo est unos 2 cm delante de la
doblez de la hoja (figura 2). Observa el haz de luz reflejado.
Mueve la otra mitad de la hoja con cuidado hacia arriba (hasta 90)
y hacia abajo, sin que el espejo se mueva.Qu observas con respecto
a la visibilidad de toda la longitud del haz de luz reflejado en
esta mitad de la hoja de papel? Anota tus observaciones; desconecta
la fuente de alimentacin y quita la caja luminosa del papel.
Figura 1Figura 2: B Libro, S - Espejo
IV. Observaciones y resultados de las medidas1. Direccin de los
haces de luz incidente y reflejado Tabla 1ngulo de incidencia ngulo
de reflexin
60
20
45
75
0
2. Posicin de los haces de luz incidente y reflejado;Visibilidad
del haz reflejado:Papel horizontal:
Mitad de la hoja levantada:
Mitad de la hoja bajada:
V. Evaluacin1. Compara los valores de los ngulos de reflexin de
la tabla 1 con los ngulos de incidencia . Qu puedes comprobar?
Formula un enunciado.
.
2. Cmo se refleja un haz de luz que incide sobre el espejo sobre
la lnea 0 (la normal al plano de incidencia)?Cules son, en este
caso, los ngulos de incidencia y de reflexin ?
..
3. En qu posicin del papel (2da parte del experimento) se ve el
haz de luz reflejado con la mayor claridad y en toda su
longitud?
4. Qu conclusin puedes sacar de esto, sobre la posicin relativa
de los haces de luz incidente y reflejado (y la normal al plano de
incidencia)?
5. Por qu se puede ver con un espejo detrs de una esquina?
6. En qu momento del da y en qu posicin del sol se ve brillar la
ventana de un edificio lejano, y por qu no en otro momento?
Experiencia N 05:Reflexin en el espejo cncavo
I. Ejercicio1. Estudia cmo se refleja la luz en un espejo
cncavo.2. Estudia la trayectoria de haces de luz caractersticos
reflejados en un espejo cncavo.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermticoCon 1 diafragma, 1/2 rendijasCon 1 diafragma, 3/5
rendijas Espejo, cncavo-convexo Fuente de alimentacin 312v - / 6v
~, 12v ~ Papel blanco Comps Regla
AtencinCuida que el centro de curvatura interior del espejo
cncavo est siempre colocado sobre S, y su posicin no vare al mover
la caja luminosa.
III. Montaje y realizacin1. Reflexin en el espejo cncavo Traza
una lnea en la hoja de papel (eje ptico), y marca sobre ella el
punto S (vrtice). Coloca el diafragma de cinco rendijas en la caja
luminosa sobre la parte de la lente. Coloca el espejo cncavo y la
caja luminosa segn la figura 1. Conecta la caja luminosa a la
fuente de alimentacin ( 12 V ~ ) Desplaza la caja luminosa hasta
que el haz central de los cinco haces de luz estrechos transcurra
exactamente a lo largo del eje ptico (lnea a lpiz). Gira el espejo
sobre S y observa las trayectorias de los haces incidentes y
reflejados. Anota lo que observas. Gira el espejo sobre S hasta que
el haz central de los cinco haces de luz incidentes se refleje
sobre s mismo en el eje ptico.Qu puedes comprobar? Antalo. Marca el
punto de interseccin de los haces de luz reflejados con el eje
ptico; denomnalo F. Dibuja en el papel el contorno interior del
espejo. Desconecta la fuente de alimentacin. Duplica con el comps
el segmento , obteniendo otro punto de interseccin, M, sobre el eje
ptico (figura 2).2. Trayectoria de los haces caractersticos despus
de la reflexin Coloca otra vez el espejo, con la parte curvada
hacia dentro sobre S. Coloca el diafragma de una rendija en la caja
luminosa sobre la parte de la lente. Enciende la fuente de
alimentacin. ( 12 V ~ ) Comprueba el ajuste del espejo. Desplaza la
caja luminosa hasta que el haz de luz estrecho transcurra
aproximadamente 1 cm paralelo al eje ptico. Observa el haz de luz
reflejado. Dnde corta al eje ptico? Anota lo que observas en la
primera lnea de la tabla 1. Marca con pares de cruces la
trayectoria de los haces de luz incidentes y del reflejado. Haz
incidir el haz de luz sobre el espejo, primero a travs del punto M
(centro ptico) y luego a travs del punto F (foco).Observa en cada
caso la trayectoria del haz reflejado; anota lo que observas en la
tabla 1, y marca la trayectoria de los haces. Desconecta la fuente
de alimentacin y quita la caja luminosa y el espejo del papel. Une
entre s las marcas de cada haz de luz, para hacer visible la
trayectoria de los tres haces caractersticos antes y despus de la
reflexin en el espejo.
Figura 1Figura 2
IV. Observaciones y resultados de las medidas1. Reflexin en un
espejo cncavoTrayectoria de los haces de luz incidentes:
Trayectoria de los haces de luz reflejados, con el espejo en
posicin oblicua:
Trayectoria de los haces de luz reflejados, con el espejo en
posicin recta:
2. Trayectoria de haces caractersticos despus de la
reflexinTabla 1Trayectoria del haz de luz incidenteTrayectoria del
haz de luz reflejado
paralelo al eje ptico (rayo paralelo)
a travs del centro ptico M (rayo del centro ptico)
a travs del foco F (rayo focal)
V. Evaluacin1. Cmo se reflejan en un espejo cncavo los haces de
luz que inciden paralelos al eje ptico? Formula un enunciado.
2. Mide la distancia f del punto F (llamado foco) hasta el
vrtice S y anota su valor.
f = .
3. Traza un arco con centro en M, de radio , que corte al eje
ptico S.Compara este arco con el contorno marcado del espejo
cncavo. Qu conclusiones sacas?
4. Qu relacin existe entre la distancia focal del espejo f
(segmento ) y la distancia de M al vrtice S?
5. Formula tres enunciados, de acuerdo con tus observaciones
(tabla 1, lneas 1, 2 y 3), que expresen cmo se reflejan en el
espejo cncavo los tres haces de luz caractersticos.
6. Por qu se refleja sobre s mismo un rayo de luz que incide en
un espejo cncavo a travs del centro ptico M?
Experiencia N 06:Ley de formacin de imgenes en el espejo
cncavo
I. Ejercicio Estudia qu relacin hay entre la distancia focal f,
la distancia del objeto g y la distancia de la imagen b, cuando se
producen imgenes reales por medio de un espejo cncavo.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20w Base con varilla
para caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l = 600
mm (x 2) Escala para banco estativo Espejo cncavo y convexo, con
varilla Jinete para banco estativo (x 2) Pantalla, blanca L de
perlas Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Regla, 30 cm
III. Montaje Monta el banco ptico con las dos varillas y el pie
estativo variable. Coloca la caja luminosa en la base con varilla,
y sujtala en la parte izquierda del pie estativo de manera que la
parte de la lente quede hacia fuera del banco ptico. Pon un
diafragma opaco en la parte de la lente, y la L de perlas en el
foco del otro extremo de la caja luminosa. Completa el montaje
colocando el espejo cncavo y la pantalla como se ve en la figura 1
(el espejo ligeramente transversal en el banco ptico, para que la
luz reflejada por el pueda incidir en la pantalla, colocada justo
junto al banco).
Figura 1
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin, (12V ~) y encindela. Coloca el espejo cncavo a 20 cm
de la L de perlas (o sea, a la distancia g = 2f, pues la distancia
focal del espejo es f = 100 mm). Desplaza la pantalla hasta que la
imagen de la L de perlas se vea en ella lo ms nitidita posible. Si
la imagen est muy distorsionada debes reajustar el montaje: gira el
espejo o la pantalla ligeramente, hasta que la imagen est lo menos
distorsionada posible. Mide con la regla la distancia del espejo a
la pantalla, la distancia de la imagen b, y anota b en la tabla 1
para la distancia del objeto g = 200 mm. Desplaza el espejo hacia
la izquierda y obtn las distancias de la imagen para dos distancias
del objeto diferentes (con g > 140 mm). Desplaza despus el
espejo hacia la derecha, y obtn otra vez las distancias de la
imagen para dos distancias del objeto diferentes (con g > 200
mm).Anota los valores de g y b en la tabla 1. Desconecta la fuente
de alimentacin.
V. Resultados de las medidas Tabla
1g(mm)b(mm)1/g(1/mm)1/b(1/mm)1/f(1/mm)1/g + 1/b(1/mm)
2000,00500,0100
VI. Evaluacin 1. Calcula los valores de 1/g y 1/b, con cuatro
dgitos despus de la coma, y antalos en la tabla 1.Rellena, a
continuacin, las dos ltimas columnas de la tabla.2. Compara los
valores de las dos ltimas columnas de la tabla 1. Qu observas?
3. Calcula la media de las sumas 1/g + 1/b, y comprala con el
valor de 1/f. Expresa el resultado con una frmula matemtica. Media:
1/g + 1/b =
Resultado:
Qu pasara en el caso g = 100 mm?
4. Qu pasara en el caso g < 100 mm? ...
Experiencia N 07:Refraccin de la luz al pasar del aire al
vidrio
I. Ejercicio 1. Estudia el comportamiento de un haz de luz al
pasar de aire a vidrio. 2. Mide el ngulo de refraccin en funcin del
ngulo de incidencia , al pasar la luz de aire a vidrio.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermtico Con 1 diafragma, 1/2 rendijas Cuerpo ptico,
semicircular Disco ptico Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~,
12v~Atencin Cuida que en todos los experimentos parciales, el haz
de luz de la caja luminosa incida siempre sobre el cuerpo
exactamente en el centro del disco ptico y que el cuerpo ptico no
vari su posicin al mover la caja.
III. Montaje Coloca el disco ptico delante de ti sobre la mesa y
pon el cuerpo ptico semicircular (el lado mate hacia abajo),
exactamente sobre la lnea vertical, entre las marcas, como se
muestra en la figura 1. Coloca el diafragma de una rendija en la
caja luminosa sobre la parte de la lente, y ponla aproximadamente a
1 cm del disco ptico. Figura 1: 1 ajuste, 2 primera posicin
IV. Realizacin 1. Comportamiento del haz de luz estrecho en la
superficie de separacin aire/vidrio Conecta la caja luminosa a la
fuente de alimentacin ( 12v ~ ) Desplaza la caja luminosa hasta que
el haz de luz estrecho vaya exactamente sobre el eje ptico (lnea de
0, sobre la "normal al plano de incidencia") (figura 1: 1 -
ajuste). Si la posicin del cuerpo ptico y la caja luminosa es
correcta, el haz de luz estrecho continua discurriendo sobre el eje
ptico despus de su paso a travs del vidrio. Desplaza la caja
luminosa hasta que la luz incida sobre el cuerpo ptico con un ngulo
de 40 (con respecto a la normal del plano de incidencia) (figura 1:
2 - primera posicin). Observa atentamente el comportamiento del haz
de luz estrecho al atravesar la superficie de separacin
aire/vidrio: anota lo que observas. Cmo se comporta la luz al salir
del cuerpo de vidrio (en la superficie que separa vidrio/aire)?
Anota lo que observas. Compara el ngulo de incidencia con el ngulo
entre el haz de luz saliente (refractado) y el eje ptico (ngulo de
refraccin ). Anota de nuevo lo que compruebes. 2. Determinacin del
ngulo de refraccin en funcin del ngulo de incidencia .El montaje es
igual que en la primera parte del experimento (figura 1). Comprueba
la posicin del cuerpo ptico conforme al mtodo descrito en la
primera parte del experimento (incidencia y salida de la luz
exactamente a lo largo del eje ptico). Desplaza la caja luminosa
hasta que el haz de luz incidente forme exactamente un ngulo de 10
con la normal al plano de incidencia (lnea 0). Lee el
correspondiente ngulo de refraccin , y anota su valor en la tabla
1. Este es el ngulo entre el haz refractado y la normal al plano de
refraccin (eje ptico). Repite este procedimiento para cada uno de
los ngulos de incidencias de la tabla 1, anotando siempre los
ngulos de refraccin correspondientes. Elige tu mismo otros tres
ngulos de incidencia y mide los ngulos de refraccin Anota los pares
de ngulos igualmente en la tabla 1. Haz incidir, finalmente, la luz
bajo el ngulo de 0. Cul es ahora el ngulo de refraccin ? Anota su
valor Desconecta la fuente de alimentacin.
V. Observaciones y resultados de las medidas 1. Comportamiento
del haz de luz estrecho en la superficie de separacin aire/vidrio
Comportamiento del haz de luz estrecho al atravesar oblicuamente la
superficie de separacin aire/vidrio:
Comportamiento del haz de luz estrecho al salir del cuerpo
ptico:
Comparacin de los ngulos de incidencia y refraccin:
2. Determinar el ngulo de refraccin en funcin del ngulo de
incidencia Tabla 1 ngulo de incidencia ngulo de refraccin
10
30
45
60
75
0
VI. Evaluacin 1. Describe, de acuerdo con tus observaciones,
como se comporta el haz de luz estrecho al atravesar oblicuamente
la superficie de separacin aire/vidrio.
2. Compara entre si los ngulos de incidencia y los de refraccin
correspondientes, de la tabla 1. Formula el resultado con tus
propias palabras.......
3. A qu resultado te conduce la medicin con un ngulo de
incidencia de 0? Intenta razonar el resultado.
4. Intenta formular, en base a tus medidas y a las condiciones
del experimento, una ley para el paso de la luz a travs de la
superficie de separacin aire/vidrio.
5. Por qu no se refracta de nuevo el haz de luz al salir del
cuerpo ptico semicircular?
Experiencia N 08:Determinacin del ndice de refraccin del
vidrio
I. Ejercicio Determina el ndice de refraccin del vidrio.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermtico Con 1 diafragma, 1/2 rendijas Cuerpo ptico,
semicircular Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v~ Papel blanco
Comps Regla Transportador
Atencin Cuida que el haz de luz de la caja luminosa incida sobre
el cuerpo ptico (figura 1) exactamente en el punto donde se cortan
las rectas ("pie de la normal"), y que el cuerpo ptico no vare su
posicin al mover la caja.
Figura 1: 1 ajuste, 2 primera posicin
III. Montaje Coloca la hoja de papel transversalmente delante de
ti sobre la mesa y preprala como se indica en la figura 1. El ngulo
de interseccin de ambas rectas debe ser exactamente 90. Traza desde
el punto de interseccin de las rectas ngulos de 15, 30, 45, 60 y 75
(figura 1). Coloca el cuerpo ptico semicircular con la cara plana
exactamente en la vertical de las perpendiculares, la ms corta. La
superficie mate sobre el papel. Coloca el diafragma de una rendija
en la caja luminosa, sobre la parte de la lente, y ponla a unos 10
cm frente a la cara plana del cuerpo ptico (figura 1).
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin ( 12v~ ) Desplaza la caja (figura 1: 1 - ajuste) hasta
que el haz de luz estrecho transcurra exactamente sobre el eje
ptico (lnea 0, normal al plano de incidencia). Desplaza el cuerpo
ptico semicircular con cuidado hasta que el haz de luz estrecho
contine discurriendo sobre el eje ptico despus de su paso a travs
del vidrio; marca cuidadosamente, con una lnea fina de lpiz, el
contorno del cuerpo ptico. Desplaza la caja luminosa con cuidado
(figura 1: 2 primera posicin) hasta que el haz de luz incida sobre
el cuerpo ptico bajo un ngulo de 15 (a lo largo de una de las lneas
auxiliares trazadas anteriormente). Observa la trayectoria del haz
de luz refractado; compara el ngulo de incidencia con el ngulo
entre el haz de luz refractado y la normal al plano de incidencia
(ngulo de refraccin ). Qu puedes comprobar? Anota lo que observas.
Marca con dos cruces la trayectoria del haz de luz refractado, y
para simplificar el estudio posterior, con una cruz el haz de luz
incidente. Repite este procedimiento con los otros ngulos de
incidencia dados. Marca, siempre dos veces, la trayectoria del haz
de luz refractado y una vez el haz de luz incidente (utilizando
marcas o colores distintos). Desconecta la fuente de alimentacin y
quita la caja luminosa y el cuerpo ptico del papel. Une las marcas
que se corresponden, entre s y con el punto de interseccin de las
rectas (pie de la normal), de modo que se haga visible la
trayectoria de cada uno de los haces antes y despus de su refraccin
en el cuerpo ptico. Mide los ngulos de refraccin , y anota su valor
en la tabla 1, junto al ngulo de incidencia correspondiente.
V. Observaciones y resultados de las medidas Comparacin del
ngulo de incidencia y el ngulo de refraccin :
Tabla 1 ngulo de incidencia ngulo de refraccin a (cm)b (cm)n =
a/b
VI. Evaluacin 1. Compara el ngulo de incidencia con el ngulo de
refraccin correspondiente . Qu conclusin puedes sacar? Formula un
enunciado
2. Traza un crculo de radio 5 cm y centro en el punto de
interseccin de los ejes. Mide las semicuerdas a' y b' (figura 2)
correspondientes a los ngulos de incidencia y de refraccin . Anota
los valores a la tabla 1.
Figura 2
3. Calcula el cociente n = a'/b' (ndice de refraccin) de todos
los ngulos , y anota los valores en la tabla 1. Compara los
distintos valores de n entre s. A qu conclusin llegas?
4. Calcula el valor medio de n.
5. Piensa cuales son los errores de medicin que influyen sobre
el resultado del ndice de refraccin n.
VII. Ejercicio complementario En la tabla 2 se da el ndice de
refraccin de diversas clases de vidrio; compara con el valor que
has obtenido de n. Piensa qu enunciado es posible, conociendo del
ndice de refraccin, sobre la refraccin de la luz al pasar de aire a
vidrio.
Tabla 2 Paso de la luz de aire andice de refraccin n
cristal de cuarzo1,46
plexigls1,50
vidrio crown1,53
vidrio flint1,61
Experiencia N 09: Refraccin de la luz al pasar del vidrio al
aire
I. Ejercicio Estudia el comportamiento de un haz estrecho al
pasar la luz de cristal a aire, y mide el ngulo de refraccin en
funcin del ngulo de incidencia.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermtico Con 1 diafragma, 1/2 rendijas Cuerpo ptico,
semicircular Disco ptico Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~,
12v~
Atencin Cuida que en todos los pasos del experimento (figura 1)
el haz de luz estrecho de la caja luminosa pase siempre exactamente
en direccin al centro del disco ptico ("pie de la normal"), y que
el cuerpo ptico no vare su posicin al mover la caja.
III. Montaje Coloca el disco ptico en la mesa delante de ti y el
cuerpo ptico, con la superficie mate hacia abajo, sobre la lnea
vertical, dentro de las marcas, como se muestra en la figura 1.
Coloca el diafragma de una rendija en la caja luminosa sobre la
parte de la lente, y ponla aproximadamente a 1 cm del disco ptico.
El lado semicircular del cuerpo ptico queda frente a la caja
luminosa (figura 1).
Figura 1: 1 ajuste, 2 primera medicin
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin ( 12v ~ ) Desplaza la caja luminosa (figura 1: 1 -
ajuste) hasta que el haz estrecho discurra exactamente sobre el eje
ptico (lnea 0, "normal al plano de incidencia"). Si la posicin del
cuerpo ptico y la caja es correcta, el haz de luz estrecho
continuara discurriendo sobre el eje ptico despus de atravesar el
cristal. Desplaza la caja luminosa (figura 1: 2 primera medicin)
hasta que la luz incida sobre el cuerpo ptico formando un ngulo de
10 (con respecto a la normal del plano de incidencia). Observa el
comportamiento del haz de luz estrecho, despus de atravesar el
cuerpo ptico, al salir por la superficie de separacin vidrio/aire;
anota lo que observas. Compara el ngulo de incidencia con el ngulo
entre el haz de luz saliente (refractado) y el eje ptico (ngulo de
refraccin ). Anota de nuevo lo que compruebas. Mide el ngulo de
refraccin y anota su valor en la tabla 1. Desplaza la caja luminosa
hasta que el haz de luz incidente forme exactamente un ngulo de 20
con la normal al plano de incidencia (lnea 0). Lee el ngulo de
refraccin correspondiente y anota de nuevo su valor en la tabla 1.
Repite este procedimiento con los ngulos de incidencia dados en la
tabla 1, anotando los ngulos de refraccin correspondientes. Observa
el comportamiento del haz de luz estrecho en la superficie de
separacin vidrio/aire, con el ngulo de incidencia = 40; anota lo
que observas. Desconecta la fuente de alimentacin.
V. Observaciones y resultados de las medidas Comportamiento del
haz de luz estrecho al atravesar oblicuamente la superficie de
separacin vidrio/aire ( = 10):
Comparacin entre el ngulo de incidencia y el ngulo de
refraccin:
Comportamiento del haz de luz estrecho al atravesar oblicuamente
la superficie de separacin vidrio/aire ( = 40):
Tabla 1 ngulo de incidencia ngulo de refraccin
10
20
30
40
VI. Evaluacin 1. Describe, de acuerdo con lo que has observado,
como se comporta el haz de luz estrecho al atravesar oblicuamente
una superficie de separacin vidrio/aire.
2. Compara entre s los ngulos de incidencia y los
correspondientes de refraccin de la tabla 1. Di el resultado.
3. Compara las observaciones del haz de luz estrecho con = 10 y
= 40. Qu diferencia puedes comprobar?
.
4. Trata de explicar cmo se comportara un haz de luz estrecho
enviado por una fuente de luz bajo agua (ej.: la caja luminosa de
un buceador) al atravesar la superficie de separacin agua/aire.
5. Trata de explicar, observando la figura 2, por qu parecen
estar elevados los objetos dentro del agua.
Figura 2: A Moneda en el fondo de una cubeta con agua B Imagen
de la moneda
Experiencia N 10:ngulo lmite y Reflexin total
I. Ejercicio Estudia el comportamiento de un haz estrecho al
pasar la luz de cristal a aire, cuando el ngulo de incidencia es
mayor a 40.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermtico Con 1 diafragma, 1/2 rendijas Cuerpo ptico,
semicircular Disco ptico Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v
~
Atencin Cuida que el haz de luz estrecho de la caja luminosa
pase siempre exactamente en direccin al centro del disco ptico (al
pie de la normal), y que el cuerpo ptico no vare su posicin al
mover la caja.
III. Montaje Coloca el disco ptico delante de ti sobre la mesa y
el cuerpo ptico semicircular (con la superficie mate hacia abajo)
sobre la lnea vertical, dentro de las marcas, como se indica en la
figura 1. Coloca la caja luminosa, con el diafragma de una rendija
en la parte de la lente, frente al cuerpo ptico. El lado
semicircular del cuerpo ptico de cara a la caja luminosa (figura
1).
Figura 1: 1 ajuste, 2 primera medicin
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin (12v ~) Ajusta el montaje experimental de modo que un
haz de luz incida en el cristal a lo largo del eje ptico, y contine
a lo largo de este eje despus de atravesar el cristal (figura 1: 1
ajuste). Desplaza la caja luminosa hasta que la luz incida en el
cuerpo ptico bajo un ngulo de 35 (figura 1: 2 primera medicin).
Observa el comportamiento del haz de luz estrecho al atravesar la
superficie de separacin vidrio/aire, despus de pasar por el cuerpo
ptico. Anota lo que observas en la tabla 1. Mide el ngulo de
refraccin y anota su valor igualmente en la tabla 1. Desplaza la
caja luminosa hasta que el haz de luz forme un ngulo de 40 con la
normal al plano de incidencia. Observa de nuevo el comportamiento
del haz de luz estrecho al pasar por la superficie de separacin
vidrio/aire (tambin, especialmente, la zona interior del cuerpo
ptico). Anota lo que observas en la tabla 1. Mide el ngulo de
refraccin correspondiente y anota de nuevo su valor en la tabla 1.
Amplia el ngulo de incidencia desplazando cuidadosamente la caja
luminosa y observa la trayectoria del haz de luz refractado y la
zona interior del cuerpo ptico. Qu compruebas? Antalo. Cuando el
ngulo de refraccin sea exactamente de 90, mide el ngulo de
incidencia y el ngulo del haz de luz reflejado. Anota lo que
observes y el resultado de la medida de nuevo en la tabla 1.
Desplaza la caja luminosa hasta que el haz de luz incidente forme
un ngulo de 50 con la normal al plano de incidencia.Observa y
anota. Mide tambin en este caso el ngulo del haz reflejado con la
normal, y anota su valor en la tabal 1. Desconecta la fuente de
alimentacin.
V. Observaciones y resultados de las medidas Tabla 1 ngulo de
incidencia354050
ngulo de refraccin90
ngulo de reflexin
Observacin:
El haz de luz incidente se
Observacin al aumentar el ngulo de incidencia ( > 40):
VI. Evaluacin 1. Describe, de acuerdo a tus observaciones y el
resultado de las medidas, como se comporta un haz de luz estrecho
al atravesar una superficie limite vidrio/aire, cuando el ngulo de
incidencia es de < 42.
2. Describe, de acuerdo con tus observaciones y el resultado de
las medidas, como se comporta una haz de luz estrecho al atravesar
una superficie limite vidrio/aire, cuando el ngulo de incidencia es
= 42.
3. Describe, de acuerdo con tus observaciones y el resultado de
las medidas, como se comporta un haz de luz estrecho al atravesar
una superficie limite vidrio/aire, cuando el ngulo de incidencia es
> 42.
4. El fenmeno que has observado se denomina reflexin total. Bajo
qu condiciones se presenta?
5. Por qu parece estar mojada a lo lejos, los das de verano, una
carretera asfaltada cuando se mira desde el coche? Nota: El aire
caliente es pticamente ms sutil que el aire fri.
6. Menciona aplicaciones de la reflexin total.
VII. Ejercicio complementario: Intenta razonar el fenmeno de
reflexin total, tomando como base la ley de la refraccin y la
reversibilidad de la trayectoria de la luz
Experiencia N 11:Refraccin en un prisma
I. Ejercicio1. Estudia cmo se refracta la luz en un prisma.2.
Determina el ngulo total de refraccin en un prisma, en funcin del
ngulo de incidencia de la luz. II. Material Caja luminosa, halgena
12v/20wCon 3 diafragmas de cierre hermticoCon 1 diafragma, 1/2
rendijas Cuerpo ptico, trapezoidal Cuerpo ptico, ngulo recto Disco
ptico Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel blanco
Transportador
AtencinCuida que el haz estrecho procedente de la caja luminosa
(figura 1) incida siempre sobre el cuerpo ptico exactamente en el
centro del disco ptico (pie de la normal), y que el cuerpo no se
mueva cuando se desplaza la caja.
III. Montaje y realizacin1. Refraccin de la luz en un prisma
Traza dos lneas perpendiculares en la hoja de papel. Al punto de
interseccin lo llamamos M. Haz una marca en la lnea horizontal, 3
cm a la derecha de M. Lleva al punto M un ngulo de 30, y traza una
lnea auxiliar (figura 1). Coloca el cuerpo trapezoidal sobre la
lnea vertical, como se ve en la figura 1. Conecta la caja luminosa
a la fuente de alimentacin (12v ~). Coloca la caja luminosa de
forma que el haz de luz estrecho incida sobre el cuerpo ptico con
un ngulo de 30 (figura 1). Observa la trayectoria del haz estrecho
dentro y fuera del cuerpo ptico. Anota lo que observes. Marca con
pares de cruces el haz de luz incidente, y el centro del haz
refractado. Marca en el papel el contorno del cuerpo ptico. Levanta
un trozo de papel, ligeramente oblicuo, introducindolo en la
trayectoria del haz refractado, y describe lo que observes.
Desconecta la fuente de alimentacin y quita el cuerpo ptico del
papel. Une las marcas, para que se pueda ver las trayectorias del
haz de luz antes, despus y tambin en el interior del prisma. 2.
Determinacin del ngulo total de refraccin Cambia el montaje
experimental segn la figura 2. Coge el cuerpo en ngulo recto en
lugar del trapezoidal. Colcalo en el disco ptico con uno de los
catetos sobre la lnea vertical (la parte mate hacia abajo).El ngulo
recto debe coincidir con la marca. Coloca la caja luminosa de forma
que el haz de luz estrecho incida sobre el cuerpo ptico con un
ngulo de 10 (figura 2). Determina el ngulo total de refraccin , y
anota su valor en la tabla 1.El ngulo total de refraccin es el
formado por el rayo refractado y la prolongacin imaginaria del rayo
incidente (figura 2). Repite esta medicin con todos los ngulos de
incidencia dados en la tabla 1, y anota en ella los valores de .
Desconecta la fuente de alimentacin.
Figura 1Figura 2
IV. Observaciones y resultados de las medidas1. Refraccin de la
luz en un prismaTrayectoria del haz estrecho:
.
Descripcin del haz refractado:
2. Determinacin del ngulo total de refraccinTabla 1 ngulo de
incidencia 10203040506070
ngulo total de refraccin
V. Evaluacin1. Traza las normales en la figura del experimento
1, y trata de explicar la trayectoria del haz de luz estrecho al
atravesar el prisma, partiendo de tus observaciones y de la ley de
refraccin.
.
2. Qu sucede con la luz blanca cuando atraviesa un prisma?
.
3. Lleva al diagrama los valores medidos del ngulo total de
refraccin (figura 3).A qu conclusin llegas?
.
Figura 3
Experiencia N 12:Prisma de reflexin total
I. EjercicioEstudia la trayectoria de dos haces de luz que
inciden sobre un prisma en ngulo recto, paralelos a la
hipotenusa.
II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermticoCon 1 diafragma, 3/5 rendijas Cuerpo ptico, ngulo
recto Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel blanco
Regla
III. Montaje Traza en el centro de la hoja de papel dos lneas
perfectamente perpendiculares, como se muestra en la figura 1.Una
vez preparada la hoja colcala apaisada en la mesa. Pon el cuerpo
ptico (la parte mate hacia abajo) con la hipotenusa sobre la lnea
horizontal (figura 1).Marca cuidosamente el contorno del prisma con
un lpiz fino. Coloca la caja luminosa, con el diafragma de tres
rendijas sobre la parte de la lente, junto al borde de la hoja, a
unos 5 cm del cateto del prisma (figura 1).
Figura 1
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin ( 12v ~ ) Desplaza la caja luminosa (figura 1) hasta
que el haz de luz central transcurra aproximadamente 3 mm paralelo
al eje ptico.El haz inferior pasa, sin refractarse, por debajo de
la hipotenusa del prisma. Observa la trayectoria de los dos haces
de luz estrechos que inciden en el prisma, dentro y fuera de l, y
anota lo que observas en la tabla 1. Anula el haz de luz central
antes de llegar al prisma.Observa y anota. Marca, con dos cruces,
la trayectoria del haz de luz antes y despus del prisma.Marca
tambin el punto donde este haz toca la hipotenusa. Anula el haz
superior antes de llegar al prisma, observa y anota de nuevo en la
tabla 1. Marca, como antes, la trayectoria del haz, pero utilizando
otro color. Desconecta la fuente de alimentacin, y quita la caja
luminosa y el cuerpo ptico del papel.
V. Observaciones y resultados de las medidas Tabla 1 Trayectoria
de la luz observada
trayectoria antes y despus del prisma
trayectoria dentro del prisma
anulando el haz central
anulando el haz superior
VI. Evaluacin1. Une las cruces del mismo grupo, de modo que la
trayectoria de los haces de luz se haga visible fuera del prisma y
tambin, uniendo adecuadamente las cruces, en su interior.Compara
una vez ms con tus observaciones de la trayectoria de los haces
(tabla 1). 2. Cmo es la posicin de los haces de luz con respecto al
eje ptico, antes y despus del prisma?
3. Formula en un enunciado el resultado de este experimento.
4. Qu fenmeno se produce dentro del prisma? Intenta razonar la
trayectoria de los haces de luz estrechos.
5. El prisma utilizado en este experimento se denomina prisma de
reflexin total, o prisma de inversin. Por qu?
Experiencia N 13:Trayectoria de los rayos y distancia focal en
una lente convexa
I. Ejercicio 1. Estudia la trayectoria de la luz a travs de una
lente planoconvexa 2. Estudia la trayectoria de haces de luz
caractersticos al incidir en una lente planoconvexa
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermtico Con 1 diafragma, 1/2 rendijas Con 1 diafragma, 3/5
rendijas Cuerpo ptico, planoconvexo f = +100 mm Fuente de
alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel blanco Comps Regla
Atencin Cuida que la lente, en todos los experimentos, tenga
colocada su cara plana exactamente sobre la lnea vertical del las
perpendiculares (figura 1), y que no se mueva al desplazar la caja
luminosa.
Figura 1
III. Montaje y realizacin 1. Trayectoria de la luz al atravesar
una lente planoconvexa Dibuja en el centro de una hoja de papel dos
lneas perpendiculares; el punto de interseccin de las lneas es M.
Dibuja a 3 cm de M, sobre la lnea vertical, una marca arriba y otra
abajo (figura 1). Coloca la caja luminosa, con la parte de la lente
pero sin diafragma, junto al borde de la hoja.(figura 1:1). Coloca
la lente planoconvexa entre las dos marcas (figura 1), con la cara
plana en la lnea vertical (la superficie mate hacia abajo). Conecta
la caja luminosa a la fuente de alimentacin ( 12v ~) Observa la
trayectoria de la luz al pasar a travs de la lente. Desplaza la
caja luminosa a las posiciones 2 y 3 (figura 1: 2 y 3), observa de
nuevo la trayectoria de la luz y anota lo que observes. Coloca en
la caja el diafragma de tres rendijas en la parte de la lente, y
ponla a unos 10 cm frente a la cara convexa del cuerpo ptico
(figura 1: 1). El haz de luz central debe discurrir exactamente a
lo largo del eje ptico. Si el haz de luz estrecho que incide a lo
largo del eje ptico no discurre sobre este despus de pasar por la
lente, desplzala con cuidado sobre la lnea vertical (ajuste del
montaje). Marca con una lnea fina a lpiz el contorno de la lente;
el punto de interseccin con el eje ptico es S. Describe la
trayectoria de los haces de luz estrechos al pasar a travs de la
lente, particularmente en el interior de la lente. Marca el punto
de interseccin de los haces de luz con el eje ptico. Denominado F'.
Marca, siempre con dos cruces, la trayectoria de los haces de luz
superior e inferior, antes y despus de atravesar la lente.
Desconecta la fuente de alimentacin y quita la caja luminosa y el
cuerpo ptico del papel. Une las cruces de modo que se haga visible
la trayectoria de los haces de luz antes y despus de su paso a
travs de la lente, y, uniendo adecuadamente las cruces, tambin en
su interior.2. Trayectoria de haces de luz caractersticos Traza dos
lneas perpendiculares sobre otra hoja de papel, con las marcas como
en la primera parte del experimento. Seala sobre el eje ptico, a
una distancia de 11,3 cm a la izquierda de M el punto F, y a 9 cm a
su derecha el punto F' (figura 2). Traza una lnea auxiliar, 1 cm
por encima del eje ptico y paralela a este. Coloca la lente
planoconvexa con la cara plana en la lnea vertical de las
perpendiculares, entre las dos marcas; la superficie mate hacia
abajo (figura 2). Coloca en la caja luminosa el diafragma de una
rendija sobre la parte de la lente, y ponla de nuevo a unos 12 cm
frente a la cara curvada del cuerpo ptico (figura 2: 1). Conecta la
caja luminosa a la fuente de alimentacin,( 12 V ~) y comprueba la
posicin de la lente. Marca de nuevo su contorno. Cambia la posicin
de la caja luminosa con cuidado, hasta que el haz de luz estrecho
discurra paralelo al eje ptico, a lo largo de la lnea auxiliar.
Observa el haz de luz refractado, dnde corta al eje ptico? Anota lo
que observas en la primera lnea de la tabla 1. Marca, siempre con
dos cruces, la trayectoria de los haces de luz incidente y
refractado. Repite este paso del experimento haciendo incidir el
haz de luz sobre la lente
-- primero a travs del punto F (figura 2: 2) (cuida que la luz
incida plana) -- despus hacia el punto M (figura 2: 3). Anota lo
que observas en la tabla 1, y marca, otra vez, la trayectoria de
los haces de luz entrante y saliente. Cambia la caja luminosa a la
posicin opuesta, haciendo pasar la luz a travs del punto F' y a lo
largo de las marcas (figura 2: 4).Observa y anota. Desconecta la
fuente de alimentacin, y quita la caja luminosa y el cuerpo ptico
del papel. Une las marcas de la misma clase de modo que se haga
visible la trayectoria del haz de luz antes y despus de su paso a
travs de la lente.
Figura 2
IV. Observaciones y resultados de las medidas 1. Trayectoria de
la luz al atravesar una lente planoconvexa Trayectoria de la luz
sin diafragma:
.
Trayectoria de la luz con diafragma de tres rendijas:
.
2. Trayectoria de haces de luz caractersticos Tabla 1
Trayectoria del haz de luz entranteTrayectoria del haz de luz
saliente
paralelo al eje ptico(rayo paralelo)
a travs del foco F(rayo focal)
a travs del centro ptico(rayo del centro ptico)
Observacin de la trayectoria de la luz cuando pasa por F':
.
V. Evaluacin 1. Describe, de acuerdo con tus observaciones, como
se comporta la luz paralela al incidir en una lente
planoconvexa.
.
2. Mide la distancia f del punto F' (foco) al centro ptico
M.
= ................ cm
3. Divide por la mitad el segmento desde el foco F' al vrtice S
de la lente. Obtienes el punto P.
Traza un arco con centro en P y radio . Compara este arco con el
contorno de la lente planoconvexa. Qu conclusin sacas?
4. Formula, de acuerdo con tus observaciones ( tabla 1 ) tres
enunciados que expresen como se refractan los tres haces de luz
caractersticos en una lente planoconvexa.
5. Qu aplicaciones tienen las lentes convexas? De dos
ejemplos.
VI. Pregunta complementaria Qu conclusin se saca de la
trayectoria de la luz cuando pasa por F'?
Experiencia N 14:Ley de formacin de imgenes en la lente
convexa
I. Ejercicio Estudia qu relacin hay entre la distancia focal f,
la distancia del objeto g y la distancia de la imagen b, cuando se
producen imgenes reales por medio de una lente convexa.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20w Base con varilla
para la caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l =
600 mm (x 2) Escala para banco estativo Lente sobre jinete, f =
+100 mm Jinete para banco estativo (x 2) Pantalla, blanca L de
perlas Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~
III. Montaje Monta el banco ptico con las dos varillas y el pie
estativo variable, y coloca la escala en la varilla delantera.
Coloca la caja luminosa en la base con varilla, y sujtala en la
parte izquierda del pie estativo de manera que la parte de la lente
quede hacia fuera del banco ptico. Pon un diafragma opaco en la
parte de la lente, y la L de perlas en el foco del otro extremo de
la caja luminosa. Coloca la lente y tambin la pantalla (con el
jinete) en el banco ptico (figura 1). Figura 1
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin (12v ~) y encindela. Coloca la lente convexa a aprox.
20 cm de la L de perlas, y desplaza la pantalla hasta que la imagen
de la L de perlas se vea en ella lo ms ntida posible. Mide la
distancia de la lente a la pantalla, la distancia de la imagen b, y
anota en la tabla 1 b para la distancia del objeto g = 200 mm.
Desplaza la lente hacia la izquierda y obtn las distancias de la
imagen para dos distancias del objeto diferentes (con g > 150
mm). Desplaza despus la lente hacia la derecha, y obtn tambin las
distancias de la imagen para dos distancias del objeto diferentes
(con g > 200 mm). Anota los valores de g y b en la tabla 1.
Desconecta la fuente de alimentacin.
V. Resultados de las medidas Tabla 1
g(mm)b(mm)1/g1/(mm)1/b1/(mm)1/f(1/mm)1/g + 1/b(1/mm)
2000,00500,0100
VI. Evaluacin 1. Calcula los valores de 1/g y 1/b, con cuatro
dgitos despus de la coma, y antalos en la tabla 1. Rellena, a
continuacin, las dos ltimas columnas de la tabla. 2. Compara los
valores de las dos ltimas columnas de la tabla 1. Qu observas?
3. Calcula la media de las sumas 1/g + 1/b, y comprala con el
valor de 1/f. Expresa el resultado con una frmula matemtica. Media:
1/g + 1/b = Resultado: ..
4. Por qu en las instrucciones para realizar el experimento se
recomienda poner g > 150 mm?
..
5. Qu pasara en el caso g = 100 mm?
..
6. Que pasara en el caso g < 100 mm?
Experiencia N 15:Escala de las imgenes en lentes convexas
I. EjercicioEstudia qu relacin hay entre la distancia del objeto
g, la distancia de la imagen b, el tamao del objeto G y el tamao de
la imagen B en un lente convexa.
II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20w Base con varilla
para la caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l =
600 mm (x 2) Escala para banco estativo Lente sobre jinete, f =
+100 Jinete para banco estativo Pantalla, blanca L de perlas Fuente
de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Regla, transparente
III. Montaje Monta el banco ptico con las dos varillas y el pie
estativo variable. Coloca la caja luminosa en la base con varilla,
y sujtala en la parte izquierda del pie estativo de manera que la
parte de la lente quede hacia fuera del banco ptico. Pon un
diafragma opaco en la parte de la lente, y la L de perlas en el
foco del otro extremo de la caja luminosa. Completa el montaje
colocando la lente y la pantalla como se ve en la figura 1.
Figura 1
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin, (12v ~) y encindela. Coloca la lente a 150 cm de la L
de perlas, y desplaza la pantalla hasta que la imagen de la L de
perlas sea lo ms ntida posible. Mide la distancia de la lente a la
pantalla, la distancia de la imagen b, y anota en la tabla 1 b para
una distancia del objeto g = 150 mm. Mide el tamao del objeto G y
el tamao de la imagen B.Atencin:G y B son la distancia desde el
centro de la perla superior al centro de la inferior, y de sus
imgenes. Desplazando la lente hacia la derecha toma otra imagen
ntida aumentada, y dos reducidas, de la L de perlas. Mide en cada
una de estas imgenes la distancia del objeto g, la distancia de la
imagen b, el tamao del objeto G y el tamao de la imagen B. Anota
los valores en la tabla 1. Desconecta la fuente de alimentacin.
V. Resultados de las medidasTabla
1g(mm)b(mm)G(mm)B(mm)B/Gb/g
VI. Evaluacin1. Calcula los cocientes B/G y b/g, con 2 dgitos
despus de la coma, y antalos en las dos ltimas columnas de la tabla
1.2. Compara los cocientes de cada lnea horizontal de la tabla 1.
Qu observas?
3. Expresa el resultado de tus reflexiones con una frmula
matemtica.Resultado:
..
El cociente B/G se denomina escala de la imagen, por lo tanto A
= B/GConociendo g y b se puede calcular la escala de la imagen en
una lente o en un sistema de lentes, y conociendo a sabemos el
tamao de la imagen.
4. En qu aparatos que t conozcas tiene importancia la escala de
la imagen?
Experiencia N 16:Formacin de imgenes en una lente cncava
I. Ejercicio Estudia la formacin de la imagen en una lente
cncava, por medio de haces caractersticos.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermtico Con 1 diafragma, 1/2 rendijas Cuerpo ptico,
planocncavo, f = 100 mm Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~
Papel blanco, DNI A4 Regla
Atencin Cuida que la lente planocncava tenga su cara plana
exactamente sobre la lnea vertical de las perpendiculares.( figura
1 ) y que, una vez ajustada, no vari su posicin al mover la caja
luminosa.
Figura 1
III. Montaje
Prepara la hoja como se muestra en la figura 1. Traza en el
tercio derecho de la hoja dos lneas perpendiculares. El punto de
interseccin de las lneas es M. dibuja dos marcas sobre la lnea
vertical a 3 cm de M, una arriba y otra abajo. Marca sobre el eje
ptico ( figura 1 ), a 9,5 cm a la izquierda y a la derecha de M,
los puntos F y F. Dibuja a 14 cm a la izquierda del punto M, con
lpiz de color rojo, una flecha de 2 cm de longitud perpendicular al
eje ptico. Denomnala G ( objeto ). Traza las siguientes lneas
auxiliares desde el extremo de la flecha G hasta la perpendicular (
figura 1 ):Una paralela al eje ptico ( 2 )Una hacia el foco derecho
F ( 3 )Una hacia el centro ptico M ( 4 ) Coloca la lente
planocncava con la cara plana exactamente sobre la lnea vertical de
las perpendiculares y entre las dos marcas ( la superficie mate
hacia abajo ). Coloca en la caja luminosa el diafragma de una
rendija sobre el lado de la lente, y ponla en el borde de la hoja
de papel ( figura 1:1 ).
IV. Realizacin
Conecta la caja luminosa a la fuente de alimentacin ( 12 V ~).
Ajusta el montaje del experimento de modo que el haz de luz
estrecho que incide a lo largo del eje ptico contine sobre el eje
ptico despus de atravesar la lente. Marca con un lpiz fino el
contorno de la lente. Haz incidir sobre la lente el haz de luz
estrecho paralelo al eje ptico, sobre la lnea auxiliar ( figura 1:2
). Marca la trayectoria del haz despus de la lente y descrbela en
la tabla 1. Haz incidir el haz de luz hacia el foco F, sobre la
lnea auxiliar ( figura 1:3 ). Marca otra vez la trayectoria del
haz, y descrbela en la tabla 1. Haz incidir, finalmente, sobre la
lnea auxiliar, el haz de luz estrecho en direccin al centro ptico M
( figura 1:4 ).Marca la trayectoria y descrbela en la tabla 1 Apaga
la fuente de alimentacin, y quita la caja luminosa y la lente del
papel. Une las cruces de la misma clase para hacer visibles las
trayectorias de los haces Cul es la trayectoria relativa entre s de
los haces despus de la lente? Antalo.
V. Observaciones y resultado de las medidasTabla 1Trayectoria
del haz de luz entranteTrayectoria del haz de luz saliente
paralelo al eje ptico(rayo paralelo ( 2 ))
hacia el foco F(rayo focal ( 3 ))
hacia el centro ptico M(rayo del centro ptico (4))
Trayectoria relativa de los haces de luz:VI. Evaluacin
1.-Prolonga hacia atrs, con un lpiz de color, la trayectoria de los
rayos refractados hasta que se corten. Dnde se encuentra el punto
de interseccin ?2.-El punto de interseccin de los tres rayos de luz
es la imagen del extremo de la flecha objeto.3.-Compara la flecha
imagen B con la flecha objeto G. Qu observas sobre su tamao,
posicin y distancia al punto M ?.Anota lo que observes y la medidas
en la tabla 2.
Tabla 2: Comparacin de la flecha objeto G y la flecha imagen
BFlecha objeto GFlecha imagen B
tamao
posicin con respecto al eje ptico
distancia al centro ptico M
4.-Formula un enunciado que exprese la posicin, tamao y
distancia de la imagen cuando el objeto se encuentra a una
distancia superior a de la lente planocncava.
5.- Se forman tambin imgenes en las lentes cncavas ?
VII. Ejercicio complementario:
Para la formacin de la imagen de una lente planocncava tenemos
la ecuacin:
( f = 9,5 cm - distancia focal, b - distancia de la imagen (
distancia ), g - distancia del objeto ( distancia )).Comprueba con
esta ecuacin el resultado de las medidas de la tabla 2, teniendo en
cuenta que la distancia de la imagen b y la distancia focal f
tienen signo negativo.
Experiencia N 17:Distancia focal en combinaciones de lentes
I. EjercicioDetermina la distancia focal de lentes
planoconvexas, biconvexas y de distintas combinaciones de
lentes.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermticoCon 1 diafragma, 3/5 rendijas Cuerpo ptico,
semicircular Cuerpo ptico, planoconvexo, f = +100 mm Cuerpo ptico,
planocncavo, f = -100 mm Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~
Papel blanco Regla
AtencinCuida que las lentes tengan sus caras planas exactamente
sobre la lnea vertical de las perpendiculares, y que no vare su
posicin al mover la caja luminosa.
III. Montaje Prepara la hoja de papel como se ve en la figura 1.
Traza en el centro de la hoja dos lneas perpendiculares. El punto
de interseccin de las lneas es M. Dibuja dos marcas sobre la lnea
vertical a 3 cm de M, una arriba y otra abajo. Coloca la lente
planoconvexa (la superficie mate hacia abajo) con la cara plana
exactamente sobre la lnea vertical de las perpendiculares y entre
las dos marcas (figura 1). Coloca en la caja luminosa el diafragma
de tres rendijas sobre el lado de la lente, y ponla a unos 10 cm
frente a la cara plana de la lente (figura 1).
Figura 1
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin ( 12v ~ ) Desplaza la caja luminosa hasta que el haz de
luz central vaya exactamente a lo largo del eje ptico, y no se
refracte al atravesar la lente. Observa la trayectoria de los haces
estrechos al atravesar la lente, y anota lo que observes en la
tabla 1. Marca el punto de interseccin de los haces con el eje
ptico. Este punto es F1. Ve cambiando paso a paso el montaje
siguiendo la figura 2. Describe las trayectorias de los haces en la
tabla 1, y marca los puntos de interseccin con el eje ptico. Lente
biconvexa simtrica, el punto de interseccin es F2 Lente biconvexa
asimtrica, el punto de interseccin es F3 Combinacin de lentes 1
(figura 2c), el punto de interseccin es F4 Combinacin de lentes 2
(figura 2d), el punto de interseccin es F5 Apaga la fuente de
alimentacin, y quita la caja luminosa y los cuerpos pticos del
papel.
Figura 2
V. Observaciones y resultados de las medidasTabla 1Lentes en la
trayectoria de la luzTrayectoria de los haces de luz
lente planoconvexa
lente biconvexa simtrica
lente biconvexa asimtrica
combinacin de lentes 1
combinacin de lentes 2
VI. Evaluacin1. Mide, en metros (m), las distancias desde el
punto M a los focos F1, F2, F3, F4, F5 (distancia focal), y antalas
en la lnea correspondiente a la tabla 2.
2. En la industria ptica se da normalmente la capacidad de
refraccin D de las lentes y las combinaciones de lentes en dioptras
(1 dpt = 1/m). La capacidad de refraccin es el valor inverso de la
distancia focal f:D = 1 /fCalcula, en dioptras, la capacidad de
refraccin D de las lentes, y anota los resultados en la tabla
2.
Tabla 2Lentes en la trayectoria de la luz
f(m)D(dpt)
lente planoconvexa
lente biconvexa simtrica
lente biconvexa asimtrica
combinacin de lentes 1
combinacin de lentes 2
3. La capacidad de refraccin de una combinacin de dos lentes
planoconvexas es mayor o menor que la de cada una de ellas?
4. Influye en la capacidad de una combinacin de lentes el orden
en que estn colocadas en la trayectoria de la luz?
..
5. Qu ventajas tienen las combinaciones de lentes?
..
VII. Ejercicio complementarioAlgunas de las distancias focales
de las combinaciones de lentes obtenidas por el mtodo descrito
discrepan bastante de los valores verdaderos.Cules pueden ser las
causas?
Experiencia N 18:Descomposicin de la luz en un prisma
I. EjercicioEstudia la descomposicin de la luz blanca
(dispersin) al refractarse en un prisma.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermticoCon 1 diafragma, 1/2 rendijas Cuerpo ptico,
trapezoidal Cuerpo ptico, ngulo recto Fuente de alimentacin 312v -
/ 6v ~, 12v ~ Papel blanco Transportador de ngulos Regla
AtencinCuida que el cuerpo ptico trapezoidal no se mueva cuando
se desplaza la caja luminosa.
III. Montaje Coloca sobre la mesa la hoja de papel en sentido
apaisado. Traza dos lneas perpendiculares en el tercio izquierdo de
la hoja. Al punto de interseccin lo denominamos M (figura 1).Haz
una marca en la lnea vertical a 6 cm por encima de M. Marca un
ngulo de 28 desde el punto de interseccin M, y traza una lnea
auxiliar (figura 1). Dobla hacia arriba la esquina superior derecha
del papel. Formar una especie de pantalla. Coloca el cuerpo
trapezoidal (la cara mate hacia abajo) sobre la lnea vertical,
entre el punto M y la marca, como indica la figura 1. Dibuja el
contorno del prisma. Coloca la caja luminosa, con la parte de la
lente, pero sin diafragma, oblicua por encima del cuerpo ptico.
Figura 1
Figura 2
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin ( 12 V ~ ) Desplaza la caja luminosa hasta que el borde
inferior de la sombra del haz coincida con la lnea auxiliar (figura
1). Observa el haz refractado que sale del prisma formando franjas.
Corrige, si es necesario, la posicin de la caja luminosa girndola
cuidadosamente.Su posicin es correcta cuando el haz refractado se
proyecta completamente coloreado sobre la pantalla, vindose tambin
el color violeta. Tapa aproximadamente la mitad de la abertura de
la caja luminosa, para que la luz salga slo por la cara oblicua del
prisma (figura 1). Anota los colores que se ven en la pantalla.
Introduce cuidadosamente desde abajo la punta del prisma en ngulo
recto dentro del abanico de colores del haz refractado (figura 2:
1). Qu observas detrs de este prisma?Antalo en la tabla 1. Repite
el mismo procedimiento, pero introduce en el haz la punta del
prisma desde arriba (figura 2: 2).Anota de nuevo lo que observes en
la tabla 1. Quita el prisma en ngulo recto del papel. Coloca el
diafragma de una rendija en la caja luminosa, en la parte de la
lente. Desplaza la caja luminosa para que el haz de luz incida
sobre el prisma paralelo a la lnea auxiliar, a 1 cm aproximadamente
de ella. Marca el haz de luz incidente y el centro y los bordes del
haz refractado. Anota en la hoja de papel la posicin de los
colores. Desconecta la fuente de alimentacin y quita el cuerpo
ptico del papel. Traza, siguiendo las marcas, la trayectoria del
haz de luz antes, dentro y detrs del prisma.
V. Observaciones y resultados de las medidasColores en la
pantalla:
..
Tabla 1Posicin de la punta del prisma en ngulo
rectoObservacin
en la zona del rojo
en todo el haz
en la zona del azul
en todo el haz
VI. Evaluacin
1. Qu sucede con la luz blanca cuando atraviesa un prisma?
..
2. De qu color es la luz que ms se ha refractado, y de qu color
la que menos.
...
3. Se pueden volver a descomponer los colores del espectro
mediante un segundo prisma?
4. Dnde puedes observar en la naturaleza fenmenos cromticos
similares?
..
VII. Ejercicio complementarioTraza en la hoja de papel las
normales, e intenta explicar, por lo que has observado en el haz
estrecho y utilizando la ley de refraccin, la trayectoria de la luz
al atravesar un prisma.
Experiencia N 19:Reunificacin de los colores del espectro
I. EjercicioEstudia la posibilidad de reunificar la luz blanca,
que ha sido descompuesta en un prisma.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20wCon 3 diafragmas de
cierre hermticoCon 1 diafragma, 1/2 rendijas Cuerpo ptico,
semicircular Cuerpo ptico trapezoidal Cuerpo ptico, planoconvexo, f
= +100 mm Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel blanco
Transportador de ngulos Regla
AtencinCuida que el cuerpo ptico trapezoidal no se mueva cuando
se desplaza la caja luminosa.
Figura 1
III. Montaje Coloca sobre la mesa la hoja de papel en sentido
apaisado. Traza dos lneas perpendiculares en el tercio izquierdo de
la hoja. Al punto de interseccin lo denominamos M (figura 1). Haz
una marca a 6 cm en la lnea vertical por encima de M. Marca un
ngulo de 28 desde el punto de interseccin M, y traza una lnea
auxiliar (figura 1). Coloca el cuerpo trapezoidal sobre la lnea
vertical, entre en el M y la marca a 6 cm, como indica la figura 1.
Coloca la caja luminosa, con la parte de la lente, pero sin
diafragma, oblicua por encima del cuerpo ptico (figura 1).
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin.( 12V ~) Desplaza la caja luminosa hasta que el borde
inferior de la sombra coincida exactamente con la lnea auxiliar
(figura 1). Observa el haz refractado que sale del prisma formando
franjas. Corrige, si es necesario, la posicin de la caja luminosa
girndola cuidadosamente.Su posicin es correcta cuando en el haz
refractado se distinguen todos los colores, vindose tambin el color
violeta. Tapa aproximadamente la mitad de la abertura de la caja
luminosa, para que la luz salga slo por la cara oblicua del prisma
(figura 1). Qu colores se observa? Antalos en la tabla 1 (primera
lnea). Une las dos lentes convexas por sus caras planas y sitalas
en el haz refractado abierto en abanico, como se ve en la figura 1:
2. Observa la trayectoria del haz refractado antes y despus de
pasar por la combinacin de lentes, y antalo en la tabla 1. Suprime
el color rojo del haz en abanico antes de que entre en las lentes,
utilizando, por ejemplo, una tira de papel. Observa la variacin del
color reunificado, y anota de nuevo lo que observes en la tabla 1.
Repite el proceso, pero suprimiendo ahora la zona azul del espectro
antes de las lentes.Obsrvalo y anota en la tabla 1. Desconecta la
fuente de alimentacin, y quita los cuerpos pticos del papel.
V. Observaciones y resultados de las medidasTabla 1.Montaje
experimentalObservacin
trayectoria de la luz sin la combinacin de lentes
combinacin de lentes en la trayectoria de la luz
supresin de la zona del rojo
supresin de la zona del azul
VI. Evaluacin1. Qu sucede con la luz blanca cuando atraviesa un
prisma?
..
2. Qu cambios se producen cuando se hace pasar el haz abierto en
abanico a travs de una lente convexa?
..
3. Por qu la percepcin del color vara cuando se suprimen colores
del espectro?
..
4. Se puede reunificar los colores de la luz?
..
5. Se puede volver a descomponer por dispersin un color
compuesto, obtenido por supresin de uno de los colores del
espectro?
........
Experiencia N 20Mezcla aditiva de colores
I. EjercicioEstudia qu colores compuestos se pueden conseguir
combinando haces de luz de distintos colores.
II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20wcon 3 diafragma de
cierre hermtico Accesorio de la caja luminosa ptica para mezcla de
colores(2 soportes para espejos y 1 diafragma de puerta) Juego de
filtros para mezcla de colores aditiva (rojo, azul, verde) Fuente
de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel blanco
III. Montaje Dobla la hoja de papel por el centro, y levanta la
mitad derecha hacia arriba, como pantalla (figura 1). Coloca un
soporte para espejos en un lateral e la caja luminosa, y la caja
luminosa con la parte de la lmpara a unos 22 cm de la arista
doblada del papel, como se ve en la figura 1. Fjate que el lateral
de la caja luminosa que queda sin espejo y la parte posterior de la
caja luminosa (parte de la lente) tienen que estar cerrados con los
diafragmas hermticos.
Figura 1Figura 2
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin ( 12V ~ ) Coloca en el foco delantero el filtro rojo y
el diafragma de puerta, y en el foco lateral (soporte del espejo)
el filtro verde. Observa la superposicin de los haces de color qu
color compuesto resulta?Anota lo que observes en la tabla 1. Repite
este paso combinando los filtros verde-azul y azul-rojo. Anota los
colores compuestos. Modifica el montaje segn la figura 2, colocando
el segundo soporte para espejos en el otro foco lateral. Coloca en
el foco delantero el filtro azul y el diafragma de puerta, y en los
focos laterales los filtros verde y rojo. Acerca y aleja la caja
luminosa de la pantalla, hasta que se observen en ella el mayor
nmero de colores compuestos. Anota en la tabla 1 los colores
compuestos que aparecen en la pantalla. Tal como est el montaje,
introduce una varilla en los haces de distinto color, a unos 8 cm
de la pantalla. Describe las sombras que observas. Desconecta la
fuente de alimentacin.
V. Observaciones y resultados de las medidasTabla 1Color de los
filtrosColor compuesto observado
rojo y verde
azul y verde
rojo y azul
rojo, verde y azul
Descripcin de las sombras en las zonas de los siguientes
colores:Prpura:
..
Cin:
..Blanco:
..
VI. Evaluacin1. El color amarillo se puede obtener mezclando
(adicin) dos haces de luz de color. Qu colores se pueden
emplear?
..2. Hay un color que no se encuentra en el espectro (arcoris),
pero se puede obtener por adicin de haces de luz de color. De qu
color se trata, y qu color son los haces de luz que
intervienen?
..
3. Qu impresin de color se produce cuando se superponen los
haces rojo, verde y azul?Qu conclusiones se puede deducir?
..
4. Completa la estrella de colores (figura 3) pintando de rojo,
verde y azul las puntas 1, 3 y 5 (se denominan tambin colores
primarios para adicin de colores), y en las puntas intermedias los
colores compuestos resultantes.
Figura 3
5. La imagen de la televisin en color se compone de unos 900 000
bastoncillos rojos, verdes y azules. Se pueden ver con una lupa.
Estos bastoncillos se renen en grupos (tripletes de color) y, entre
otras cosas, su brillo vara 25 veces por segundo de muy oscuro
(negro) a muy claro.Cmo se podra producir, por ejemplo, la impresin
de amarillo (imagen en color de un paisaje desrtico)?
..
Intenta explicar lo que has observado en la formacin de sombras
de luz de color.
Experiencia N 21:El Microscopio
I. EjercicioMonta un modelo de microscopio, y estudia la funcin
de cada una de sus piezas.
II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20w Base con varilla
para caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l = 600
mm (x 2) Vidrio deslustrado, 50 x 50 mm Escala para banco estativo
Diafragma con orificio, d = 20 mm Lente sobre jinete, f = +50 mm
Lente sobre jinete, f = +100 mm Soporte con escala sobre jinete
Portadiafragmas, enchufable (x 2) Diapositiva Kaiser Maximiliano
Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~
III. Montaje y realizacin Monta el banco ptico con las dos
varillas y el pie estativo variable, y coloca la escala en la
varilla delantera. Coloca la caja luminosa en la base con varilla,
y sujtala en la parte izquierda del pie estativo de manera que la
parte de la lente quede hacia fuera del banco ptico. Pon un
diafragma opaco en la parte de la lente, y la diapositiva en el
foco del otro extremo de la caja luminosa. Coloca la lente f= +50
mm, que sirve como objetivo del microscopio, en la marca de 10 cm,
y el soporte con escala en la marca de 38 cm. Pon el vidrio
deslustrado en un portadiafragmas, y colcalo en el soporte con
escala (figura 1). Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin,(312V-) y encindela. Pon el regulador de la tensin
primero a 12 V. Observa la imagen en el vidrio deslustrado.Desplaza
ligeramente el objetivo hasta que la imagen sea ntida. Anota la
posicin y las propiedades de esta imagen, que se denomina imagen
intermedia. La imagen intermedia est demasiado distorsionada en los
bordes. A partir de ahora utiliza slo la parte de la imagen que se
encuentre prxima al eje ptico.Para eso, pon en el segundo
portadiafragmas uno de los diafragmas con orificio, y colcalo en el
soporte objetivo. Comprueba cul de los diafragmas es mejor para la
calidad de la imagen intermedia (d = 5 mm o d = 20 mm), y ajusta el
diafragma para que la parte de la imagen que utilizas quede
simtrica con respecto al eje ptico. Pon en el banco ptico, en la
marca de 48 cm, la lente f = +100, que sirve como ocular. Mira la
imagen intermedia a travs del ocular. Si es necesario desplaza el
ocular ligeramente, hasta que la imagen que se ve ahora aparezca
ntida (figura 1).Qu propiedades tiene la imagen que se ve por el
ocular? Cmo acta, entonces el ocular?Anota tus respuestas. Quita el
soporte con el vidrio deslustrado que utilizamos como pantalla, y
mira otra vez por el ocular. La imagen que se ve ahora no puede
haber variado, pero est sobreiluminada por la fuente de luz. Regula
la tensin de la caja luminosa bajndola, hasta que la imagen se
vuelva a ver claramente. Observa otra vez, con tranquilidad, la
imagen formada en tu modelo de microscopio de los detalles ms
pequeos del objeto, y desconecta la fuente de alimentacin.
Figura 1
IV. Observaciones y resultados de las medidasPosicin de la
imagen intermedia:
..
Propiedades de la imagen intermedia:
..Propiedades de la imagen que se ve por el ocular, en
comparacin con la imagen intermedia:
Funcin del ocular:
V. Evaluacin:1. En la realizacin prctica de los microscopios, el
objetivo y el ocular van montados en los extremos de un tubo de
longitud variable. (El tubo sirve para apantallar la luz lateral,
que puede dificultar, o hacer imposible, la observacin de la imagen
intermedia).Describe la estructura del microscopio, y explica su
funcionamiento:
2. Qu longitud mnima debe tener el tubo de un microscopio?Razona
tu respuesta.
Experiencia N 22:Determinacin de los Aumentos del
Microscopio
I. EjercicioMonta un modelo de microscopio, y averigua los
aumentos que puede alcanzar.
II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20w Base con varilla
para caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l = 600
mm (x 2) Vidrio deslustrado, 50 x 50 mm Escala para banco estativo
Diafragma con orificio, d = 20 mm Lente sobre jinete, f = +50 mm
Lente sobre jinete, f = +100 mm Jinete para banco estativo Soporte
con escala sobre jinete Pantalla , blanca Portadiafragmas,
enchufable (x 2) Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel
vegetal milimetrado, 50 x 50 mm Papel blanco 3 clips Regla
III. Montaje Prepare el papel milimetrado segn la figura 2.
Monta el banco ptico con las dos varillas y el pie estativo
variable. Coloca la caja luminosa en la base con varilla, y sujtela
en la parte izquierda del pie estativo de manera que la parte de la
lente quede hacia fuera del banco ptico. Pon un diafragma opaco en
la parte de la lente, y el papel vegetal milimetrado en el foco del
otro extremo de la caja luminosa. Coloca la lente f=+50mm. ( el
objetivo ) en el banco ptico, en la marca de 9.5 cm. Pon un
portadiafragmas en el soporte de la lente, y el diafragma con
orificio en el portadiafragmas. Pon en el banco ptico el soporte
con escala, en 40 cm. Coloca sobre l el segundo portadiafragmas y
en ste el vidrio deslustrado, que servir como pantalla para la
imagen intermedia del modelo del microscopio. Coloca la lente f=
+100 mm ( ocular ) en el banco ptico, en 49 cm (figura 1).
IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de
alimentacin ( 12V ~ ), y encindala. Asegrate de que la imagen
intermedia de las dos lneas (objeto) en el vidrio deslustrado es
ntida. Si es necesario ajstala, desplazando ligeramente el
objetivo. Mira la imagen intermedia por el ocular, y desplaza el
ocular hasta que su imagen sea ntida. Pon en la pantalla el papel
blanco, bien estirado, sujetndolo con clips, y colcala con en el
jinete a 25 cm del ocular delante del banco ptico (figura 1). Mira
la imagen con el ojo derecho por el ocular, y con el ojo izquierdo,
por fuera del ocular, al papel de la pantalla. Marca con lpiz, o
con rotulador, en el papel la distancia que aparenta ser igual a la
distancia de las dos lneas en el ocular. Mida la distancia B entre
la dos marcas del papel de la pantalla ( tamao de la imagen ). Mida
el tamao de la imagen intermedia B`, es decir, la distancia de las
dos lneas en el vidrio deslustrado. Mida, en la imagen intermedia,
la distancia del objeto g y la distancia de la imagen b`. Anote los
resultados. Desconecte la fuente de alimentacin.Figura 1Figura
2
V. Resultados de las medidasDistancia entre las lneas:ObjetoG =
2 mmImagen ( Pantalla blanca )B = Tamao de la imagen que se ve por
el ocularImagen intermedia ( vidrio deslustrado )B`.= Tamao de la
imagen intermediaImagen en el objetivo:Distancia del objetog =
Distancia de la imagen (intermedia)b` =
VI. Evaluacin:1. Que aumentos se han alcanzado con el modelo de
microscopio ?V=B/G2. En el modelo del microscopio se pueden medir
B`, g y b` con respecto a la imagen intermedia y G es conocido. Por
tanto los aumentos V se pueden calcular por un segundo mtodo:Para
los aumentos totales del microscopio se aplica la frmula: V= V1 .
V2donde V1 y V2 son los aumentos que se obtienen con el objetivo y
con el ocular, respectivamente.Calcula los aumentos del modelo de
microscopio por este mtodo, y compara el resultado con el que has
obtenido en el punto 1.Para el objetivo tenemos que: V1= b`/g o V1
= B`/g
V1=
Para el ocular tenemos que: V2 = 25cm/f ( f = distancia focal
del ocular ).
V2=Aumentos del microscopio
V=
Experiencia N 23:Difraccin en una rejilla
I. EjercicioEstudia los fenmenos que aparecen cuando un haz de
luz atraviesa una rejilla ptica
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20w Base con varilla
para la caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l =
600 mm (x 2) Escala para banco estativo Diafragma de 1 rendija
Lente sobre jinete, f = +50 mm Lente sobre jinete, f = +100 mm
Jinete para banco estativo Soporte con escala sobre jinete
Pantalla, blanca Portadiafragmas, enchufable (x 2) Rejilla, 80
lneas/mm Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~
III. Montaje y realizacin Monta el banco ptico con las dos
varillas y el pie estativo variable, y coloca la escala en la
varilla delantera. Coloca la caja luminosa en la base con varilla,
y sujtala en la parte izquierda del pie estativo de manera que la
parte de la lente quede hacia fuera del banco ptico. Pon un
diafragma opaco en la caja luminosa, delante de la lente. Conecta
la caja luminosa a la fuente de alimentacin, (12V), y encindela.
Coloca la pantalla en el extremo derecho del banco ptico, y la
lente f = +100 mm cerca de la caja luminosa. Desplaza la lente
hasta que la mancha de luz circular que se ve en la pantalla tenga
un dimetro aproximadamente igual al de la lente. Pon el diafragma
con una rendija en un portadiafragmas, y colcalo en el borde de la
lente. Coloca la lente f = +50 mm y desplzala hasta que la imagen
de la rendija aparezca en la pantalla con nitidez. Pon el soporte
con escala a la derecha de la lente (f = +50 mm), coloca la rejilla
en el segundo portadiafragmas, y encaja ste en el soporte (figura
1). Describe la imagen de la pantalla antes y despus de introducir
la rejilla en la trayectoria de los rayos. Este fenmeno se denomina
espectro de difraccin de la luz. Observa tambin el orden de los
colores: De qu color es la luz que ms se difracta y la que menos?
Anota tus observaciones. Desconecta la fuente de alimentacin.
Figura 1
IV. ObservacionesImagen en la pantalla con y sin rejilla en la
trayectoria de los rayos:
..
Orden de los colores:
..
V. Evaluacin1. Qu propiedades debe tener la luz para poder
explicar los fenmenos de difraccin?
..
2. Mira a travs de un tejido fino, o de la pluma de un pjaro al
sol o a otra fuente de luz (cuidado con el deslumbramiento).Qu
observas?
..
3. Cuando la luz se refracta en un prisma, tambin se forman
espectros, que se denominan espectros de dispersin. La luz de
distintos colores se refracta con diferente intensidad.Compara el
orden de los colores en los espectros de dispersin con el orden que
tienen en los espectros de difraccin.Espectros de dispersin:Se
refracta con la mxima intensidad
..
Se refracta con la mnima intensidad
..
Espectros de difraccin:Se difracta con la mxima intensidad..
Se difracta con la mnima intensidad
..
Experiencia N 24:Determinacin de la longitud de onda por
Difraccin en una rejilla
I. EjercicioForma espectros de difraccin con una rejilla ptica,
y averigua la longitud de onda de la luz roja y de la luz
verde.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20w Base con varilla
para la caja luminosa Juego de filtros para mezcla aditiva de
colores Pie estativo, variable Varilla estativa, l = 600 mm (x 2)
Escala para banco estativo Diafragma de 1 rendija Lente sobre
jinete, f = +50 mm Lente sobre jinete, f = +100 mm Jinete para
banco estativo Soporte con escala sobre jinete Pantalla, blanca
Portadiafragmas, enchufable (x 2) Rejilla, 80 lneas/mm Fuente de
alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Regla
III. Montaje y realizacin Monta el banco ptico con las dos
varillas y el pie estativo variable, y coloca la escala en la
varilla delantera. Coloca la caja luminosa en la base con varilla,
y sujtala en la parte izquierda del pie estativo de manera que la
parte de la lente quede hacia fuera del banco ptico. Pon un
diafragma opaco en la caja luminosa, delante de la lente. Conecta
la caja luminosa a la fuente de alimentacin, (12V ~ ), y encindela.
Coloca la pantalla en el extremo derecho del banco ptico, y la
lente f = +100 mm cerca de la caja luminosa. Desplaza la lente
hasta que la mancha de luz circular que se ve en la pantalla tenga
un dimetro aproximadamente igual al de la lente. Pon el diafragma
con una rendija en un portadiafragmas, y colcalo en el borde de la
lente. Coloca la lente f = +50 mm y desplzala hasta que la imagen
de la rendija aparezca en la pantalla con nitidez. Pon el soporte
con escala a la derecha de la lente (f = +50 mm), coloca la rejilla
en el segundo portadiafragmas, y encaja ste en el soporte (figura
1).En la pantalla aparecer un espectro de difraccin (imgenes de
color en la rejilla). Desplaza la rejilla hacia la pantalla y hacia
atrs, observando las variaciones en la pantalla.Anote lo que
observas. Pon el filtro rojo en el foco de diafragmas de la caja
luminosa, y midalas siguientes distancias:L = distancia de la
rejilla a la pantalla,2e = distancia entre si de las dos lneas
rojas que se encuentran en la izquierda y derecha del centro.Anote
sus valores en la tabla 1 Cambia el filtro rojo por el verde, y
obtn el valor 2e con luz verde. Desconecte la fuente de
alimentacin.
IV. Observaciones y resultados de las medidasVariacin del
espectro al desplazar la rejilla:..Tabla 1Color de la luzL /mm2e
/mm /nm
Rojo
Verde
V. Evaluacin1. De qu color es la luz que mas se difracta en la
rejilla, y de qu color la que menos?Calcula la longitud de onda de
las luces roja y verde, segn la formula.= e . d/L, y anote los
valores en la tabla 1.( d = constante de la rejilla = 1/80 mm=
0.0125 mm )Figura 1Experiencia N 25:Polarizacin con filtros
I. EjercicioHaz pasar un haz de luz a travs de dos filtros de
polarizacin, y estudia qu sucede al girar los filtros.
II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20w Base con varilla
para la caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l =
600 mm (x 2) Lente sobre jinete, f = +100 mm Jinete para banco
estativo Soporte con escala sobre jinete Pantalla, blanca
Portadiafragmas, enchufable (x 2) Filtro de polarizacin 50 mm x 50
mm Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~
III. Montaje y realizacin Monta el banco ptico con las dos
varillas y el pie estativo variable. Coloca la caja luminosa en la
base con varilla, y sujtala en la parte izquierda del pie estativo
de manera que la parte de la lente quede hacia fuera del banco
ptico. Pon un diafragma opaco en la caja luminosa, delante de la
lente. Coloca la pantalla en el extremo derecho del banco ptico, y
la lente a 4 cm de la caja luminosa. Conecta la caja luminosa a la
fuente de alimentacin, (12V ~ ), y encindela. Pon uno de los
filtros de polarizacin ( el Polarizador ) en un portadiafragmas, y
colcalo en el borde de la lente. Pon el soporte con escala en el
banco ptico a 5 cm de la lente, y encaja en l el segundo
portadiafragma ( figura 1). Coloca en este portadiafragmas el
segundo filtro de polarizacin (el analizador) y mira si en la
pantalla se ve una mancha de luz. Si ,o ve, gira el polarizador
90o.Al girarlo, observa la luminosidad de la mancha de luz.
Continua girando el portadiafragmas ms all de los 90o, hasta volver
en su posicin inicial.Anote lo que observas en la tabla 1. Gira,
finalmente, el filtro que est con la lente, y no muevas el otro.Qu
observas? Desconecte la fuente de alimentacin.
Figura 1
IV. Observaciones Tabla 1Angulo de giroMancha de luzIgual que
con el ngulo
0o
45o
90o
135o
180o
270o
360o
Giro del filtro de polarizacin con la lente:..V. Evaluacin1.
Resume el resultado de tus observaciones..2. Como se explica lo que
has observado ?..BLIOGRAFA
MANUAL DE PRCTICAS
1.- F. Tyler. A Laboratory Manual of physics (Edward Arnold.
Londres 1985)2.- Rafael Mrquez, Manual de Laboratorio de Fsica
General (Sevilla 1990)3.- C. Harvey Palmer, Optics: Experiments and
demostrations (The John Hopkins Press.Baltimore 1989)
4.- W.H.J. Childs, Physical Constans (seleted for students)
(John Wiley & Son. New York 1990)
5.- Cohen I.B. Revolution in Science Harvard University Press
1985.6.- Meiners H.F. Eppenstein.W. Oliva, R.A. Shannon, T.
Laboratory Physics, Jhon Wiley Sons,19877.- Physic. Physical
Sciense Study Comit (P:S:S:C) Ed. Reverte S:A 19708.- Physic
P:S:SC. Ed. Reverte, S.A., 19929.- Georg Schollmeyer Ralph Hepp,
ptica: La Fsica en Experimentos de Alumnos
OBRAS DE FSICA GENERAL
10.- F.W. Sears y M.W. Zemansky, Fsica (Aguilar. Madrid
1980)11.- M. Alonso y E.J. Finn, Fsica (Aguilar, Barcelona 1980)
12.- Jean Ros