Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008
Laboratorio de Física D Práctica Nº: 1 la Óptica Titulo: Introducción a la
Nombre: Carlos Duran Salazar Fecha: Martes 27 de Octubre del 2009 Paralelo: 5 Villavicencio Vivas Profesor: Ing. Manuel Villavicencio
Objetivos:
Conocer los tipos de básicos del laboratorio de óptica. Identificar las propiedades de la luz.
Resumen: La luz presenta una naturaleza naturaleza dual (al igual que la descripción de las partículas) partículas) y que se tratará como onda o partícula según el fenómeno f enómeno a que se someta . Por medio de esta experiencia buscamos buscamos analizar el porque la luz se propaga e línea recta a t ravés de la fuente puntual, a medida medida que la pantalla pantalla y el diafragma se aleja conductor es cero, cero, y su intensidad luminosa que varia con respecto a la distancia partir de las diferentes materiales que vamos a conocer , intentando dar una explicación física al porqué de estos fenómenos, mediante un experimento experimento realizado en el el laboratorio de física D algunos de los equipos que definiremos a continuación
Introducción: La naturaleza de la luz ha ha inquietado a la humanidad humanidad desde tiempos muy remotos. Desde el siglo 17 hasta hasta inicios del siglo 20 se discutía sobre si la luz era una onda o una partícula. Actualmente sabemos que la luz tiene una naturaleza dual. Como onda se manifiesta en los fenómenos de difracción, interferencia y polarización. Y como partícula se manifiesta en el el efecto foto eléctrico eléctrico entre otros.
Marco Teórico: de la luz. Óptica , rama de la física que se ocupa de la propagación y el comportamiento de En un sentido amplio, la luz es la zona del espectro de radiación electromagnética que se extiende desde los rayos X hasta las microondas, e incluye la energía radiante que
Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008 produce la sensación sensación de visión. El estudio de de la óptica se divide en tres ramas, la óptica geométrica, la óptica física, y la óptica cuántica. La óptica geométrica geométrica estudia los fenómenos luminosos para los cuales es irrelevante la naturaleza de la luz: reflexión y refracción. La óptica física física (ondulatoria) estudia los fenómenos ondulatorios de la luz: interferencia, difracción y polarización. La óptica cuántica cuántica (corpuscular) estudia los fenómenos corpusculares de la luz: efecto fotoeléctrico, efecto efecto Compton.
Óptica geométrica La óptica geométrica geométrica considera la propagación propagación de la luz en un medio transparente, transparente, despreciando la naturaleza ondulatoria de la luz e introduciendo así el concepto de rayo de luz. Estos se definen como haces infinitamente delgados que se propagan a través de un medio en línea recta y en la dirección de propagación de la onda, con las siguientes propiedades: 1. La propagación rectilínea de la luz en un medio transparente, tr ansparente, homogéneo homogéneo e isótropo. 2. La reversibilidad de las trayectorias luminosas. Un rayo de luz puede recorrer el mismo camino en cualquier sentido. 3. Independencia de los rayos luminosos: cada rayo de luz se propaga independientemente independientemente de los rayos vecinos. Sistema óptico Un sistema óptico es el conjunto de componentes (lentes, espejos, diafragmas, etc.) que alteran la propagación de la luz con un objetivo específico. En general, los componentes de un sistema óptico se ubican alineados a lo largo del eje óptico del sistema, el eje óptico de los componentes componentes que en caso de simetría cilíndrica corresponde al eje del sistema. El eje óptico es en principio recto, con excepción de los ángulos introducidos por espejos o otros componentes capaces de desviar el haz de luz. El alineamiento de los componentes sobre el eje óptico es esencial porque, según la imágenes sólo se mantiene mantiene aproximación aproximación para-axial de Gauss , la calidad de las imágenes cuando esta formada por rayos de luz que se propagan en una zona cerca del eje óptico de los componentes y casi paralelo a el. En la l a realidad del laboratorio, se observa que la mala alineación de los componentes de un sistema óptico es un fenómeno catastrófico: cualquier defecto de alineación de un componente se amplifica a cada paso de propagación propagación de la luz mas adelante adelante en el sistema. Por esto, esto, la alineación de cada componente requiere el mayor cuidado posible. Componentes ópticos
Se pueden considerar como componentes ópticos cualesquiera objetos que tienen como función el producir producir luz o alterar su propagación. propagación. Los objetos más utilizados en sistemas ópticos son: Lentes
Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008 Cuando el componente óptico utilizado presenta simetría cilíndrica definida por su eje de simetría, éste coincide con el eje óptico del sistema. sist ema. Fuentes de luz luz Naturaleza de las fuentes fuentes de luz cia Láser La elección de de una fuente de luz para una aplicación aplicación determinada consiste consiste en definir cuales son las propiedades requeridas: intensidad, extensión espacial, Dominio espectral, coherencia, etc. Tipo de fuentes Fuente extendida (real): ampolleta, tubo fluorescente, láser, etc. Fuente puntual (teórica). Se pueden construir fuentes de luz casi puntuales con un sistema óptico utilizando diafragmas (figura G1-1). Propiedades Propiedades de la luz emitida Coherencia (ver Guía G7 - anexo A1) Se distingue generalmente: fuentes de vapor vapor metálico)
Color o espectro Se distingue generalmente: única longitud de onda. etc.), compuesta de un numero finito de longitudes de onda → espectro discreto. incandescente): compuesta por una distribución continua de longitudes de onda. Nota: las diferentes longitudes longitudes de onda de la luz están percibidas por el ojo como diferentes colores. Lentes Una lente es un objeto de vidrio (u otro material transparente) que permite cambiar la forma del frente de ondas, ondas, retrasando o adelantando adelantando localmente localmente partes del mismo. Las lentes generalmente son de geometría simple con simetría cilíndrica y de superficies esféricas (lentes esféricas). El eje de simetría si metría coincide con el eje óptico del lente (E.O.). Se caracterizan principalmente por su distancia focal (D.F.), su diámetro y su espesor. Los planos focales de una lente son los planos planos perpendiculares al E.O. E.O. ubicados a la distancia D.F. del centro de la lente. La intersección entre el plano f ocal y el E.O. se denomina Punto Focal (P.F.). Existen lentes de varias formas. Generalmente, son clasificadas de acuerdo a la forma de sus caras: Lentes biconvexas, bi-cóncavas, plano-convexas, plano-cóncavas, convexas-cóncavas, convexas-cóncavas, cóncavas-convexas (figura G1-2).
Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008 Lente convergente convergente Lente con simetría cilíndrica cilíndrica y de mayor mayor grosor en su eje óptico que hace convergir convergir una onda incidente plana Lente divergente. divergente. Lente de menor menor espesor en su eje óptico óptico que hace divergir divergir una onda incidente incidente plana
Procedimiento Experimental: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Lea todo el contenido contenido de la guía y consulte la bibliografía. Coloque los equipos como indica la figura. Enciende el foco y observe la propagación de la luz. Reemplace el el foco por la fuente luminosa luminosa del mercurio. Coloque un diafragma a 10cm de la pantalla. Manteniendo la distancia entre la pantalla y el diafragma constante aleje el diafragma de la fuente luminosa. Observe el tamaño de la imagen sobre. Registre sus observaciones observaciones en la tabla 2. 7. Gire la pantalla 45º .Observe la cantidad de luz reflejada ref lejada sobre la pared .Registre sus observaciones. 8. Remplace la pantalla por un espejo y observe la cantidad cantidad de luz reflejada. Registre sus observaciones. observaciones. 9. Coloque un prisma en el haz de luz y gírelo. Observe que la luz que emerge del prisma.
Normas de seguridad seguridad del del Laboratorio Laboratorio
No poner las las maletas en en los mesones. mesones. Cuando armamos los equipos tener cuidado con los que son los equipos de vidrio y plástico.
Equipo de Trabajo:
Fuente Puntual Diafragma o colimador colimador Prisma Pantalla Espejo cubico Disco Óptico(graduado) Óptico(graduado)
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Gráficos:
Datos: n 1 2 3 4
AO(cm) 0.2 0.2 0.2 0.2
D(cm) 10 10 10 10
S(cm) 30 40 50 60
Ai(cm) 0.2 0.2 0.2 0.2
abertura del diafragma A0: Ancho de la abertura
D: Distancia entre el diafragma y la pantalla S: distancia entre la fuente luminosa y el diafragma Ai: Ancho de la imagen
Observaciones: Escriba sus observaciones observaciones acerca acerca de los experimentos experimentos realizados realizados en en esta práctica. práctica. 1. Describa las características características de propagación propagación de la luz desde una fuente fuente puntual. Explique Explique lo observado observado La luz siempre se propaga propaga en línea recta, recta, ósea que la intensidad intensidad luminosa es proporcional al cuadrado cuadrado de la distancia. distancia. 2. ¿Cómo varia el tamaño de la imagen cuando acercamos o alejamos el diafragma de la la fuente luminosa? luminosa? Explique Explique por qué qué Cuando acercamos acercamos el diafragma a la fuente luminosa aumenta el tamaño de la imagen.
Escuela Superior Politécnica del Litoral Instituto de ciencias Físicas Curso Nivel 200-I 2009-2008 Cuando alejamos el diafragma a la fuente luminosa disminuye el tamaño de la imagen. 3. ¿Que diferencias encontró entre la cantidad de luz reflejada por la pantalla y la cantidad de luz reflejada por el espejo? Explique por qué La luz reflejada en el el espejo tiene mayor mayor intensidad que la luz reflejada reflejada por la pantalla. 4. ¿Que sucede con la luz blanca cuando atraviesa un prisma? Explique por qué
La luz blanca se divide divide en 7 colores(los del del arcoíris). Esto se debe a que distintas frecuencias de la luz, hay distintos ángulos de refracción, por lo tanto se disparan o se separan los rayos.
Conclusiones:
Generalmente los objetos que depende d una fuente luminosa se alejan a medida que disminuyen la distancia en línea recta o viceversa y también entre mas longitud de onda más se dispersa el color.
Bibliografía:
Serway, R. Física (Tomo II) (1996); 5ta. 5ta. Edición; Edición; McGraw-Hill, México. México.
Serway, R.; Faughn, J. (2001); 5ta. Edición; Pearson Educación, México.
Kane, J.W. D; D; Sternheim, M. M. Física. 2º 2º edición.Ed. Reverté. Reverté.
Asimov, I. (1987) Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología 1, 2da. 2da. Edición; Alianza Editorial; Madrid.