FISICA I Trabajo Práctico N°3: Disco de Hartl

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL SANTA FE

FISICA I

Trabajo Práctico N°3: Disco de Hartl

Carrera: Ingeniería Mecánica

Comisión: Tarde “B”

Docente a cargo: Sergio Bernal

Integrante: Ignacio Leiva

2017

Estructura del informe

• Objetivos del trabajo práctico
• Fundamentos teóricos
• Materiales y equipos

• Técnica Operatoria

• Respuestas a las preguntas propuestas

• Objetivos del trabajo práctico

• Comprobación de las leyes de la reflexión y la refracción.

• Estudio de la desviación de la luz en un prisma.

• Determinación del índice de refracción.

• Fundamentos Teóricos

Cuando un haz de luz incide de manera oblicua en la superficie de separación de dos medios transparentes de diferente índice de refracción (distinta velocidad de la luz en ambos medios), parte de la luz se sigue propagando en el primer medio, pero en una dirección diferente (se refleja), cumpliéndose las leyes de la reflexión -ver Figura 1-:

1. El rayo incidente, el reflejado y la normal a la superficie de separación de los dos medios están en el mismo plano.
2. Los ángulos de incidencia () y de reflexión () son iguales.[pic 2][pic 3]

Por otro lado, el rayo que penetra en el segundo medio (rayo refractado), varía también su dirección de propagación, cumpliéndose para él las leyes de la refracción -ver Figura 1-:

1. El rayo incidente, el refractado y la normal, están en el mismo plano.
2. Los senos de los ángulos de incidencia,  y de refracción,  del mismo rayo, son tales que se cumple la ley de Snell:[pic 4][pic 5]

[pic 6]

                        (1)[pic 7]

[pic 8]

Figura 1

Si uno de los medios es el aire, cuyo , se puede determinar el índice de refracción del otro medio transparente , mediante la adecuación de la ecuación (1), donde:[pic 9][pic 10]

                         (2)[pic 11]

Hemos descrito cómo la luz se refleja y se refracta parcialmente en una interface entre dos materiales con diferente índice de refracción. En ciertas circunstancias, sin embargo, toda la luz puede reflejarse en la interface, sin que haya transmisión, aunque el segundo material sea transparente.

En la Figura 2 se muestra cómo se presentan varios rayos que emergen de una fuente puntual en el material con índice de refracción . Los rayos inciden en la superficie de un segundo material con índice de refracción , siendo .[pic 12][pic 13][pic 14]

Por la ley de Snell de la refracción,[pic 15]

[pic 16]

Figura 2

                 (3)[pic 17]

Debido a que  es mayor que la unidad,  es mayor que ; en consecuencia, el rayo refractado se desvía alejándose de la normal. Por tanto, debe haber algún valor de  menor que 90º para el cual la ley de Snell da = 1 y  = 90º. Esto se muestra con el rayo 3 del diagrama, que emerge paralelo a la superficie formando un ángulo de refracción de 90º.[pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22][pic 23]

El ángulo de incidencia con el cual el rayo refractado emerge tangente a la superficie es el ángulo crítico o límite, . Si el ángulo de incidencia fuera mayor que el ángulo crítico, el seno del ángulo de refracción, calculado con la ley de Snell, tendría que ser mayor que la unidad, lo cual es imposible. Más allá del ángulo crítico, el rayo no puede pasar al medio superior; queda atrapado en el medio inferior y se refleja completamente en la superficie limítrofe. Esta situación, conocida como reflexión total interna, se presenta sólo cuando un rayo incide en la interface con un segundo material cuyo índice de refracción es menor que el del material en el cual se desplaza el rayo.[pic 24]

Podemos encontrar el ángulo crítico para dos materiales dados haciendo  () en la ley de Snell. Tenemos entonces que:     [pic 27][pic 25][pic 26]

[pic 28]

La reflexión interna total se presentará si el ángulo de incidencia  es mayor al .[pic 29][pic 30]

• Materiales y equipos

• Fuente Láser de Helio – Neón.

• Plataforma circular con escala de 360º.

• Disco de acrílico, conocido como de Hartl

• Técnica Operatoria

Se utilizará el disco de Hartl y una fuente de luz láser para comprobar las leyes básicas de la óptica geométrica. Este disco está construido con un semicírculo de material acrílico transparente apoyado sobre una plataforma circular que puede girar. Sobre la misma se ubica una escala angular graduada entre 0º - 360º.

Se harán las siguientes experiencias:

Primera parte[pic 31]

 Primero, se debe posicionar el haz de luz láser frente a la parte plana de la pieza de acrílico en el centro de giro - donde el punto de incidencia del rayo ha de ser exactamente el centro del disco de Hartl, y donde no debe haber desviación del rayo luminoso -. Luego se medirán, en la escala graduada, el ángulo del rayo reflejado () y el del transmitido () para unos diez (10) valores diferentes del ángulo de incidencia (), que se obtienen mediante el giro de la plataforma circular - y sin mover el disco -. Estos datos se volcarán en la Tabla 1. Además, en la tabla agregar una columna con los valores de .[pic 32][pic 33][pic 34][pic 35]

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