TALLER DE EXPERIMENTOS SENCILLOS DE ÓPTICA

Transcripción

1 GRINCEF TALLER DE EXPERIMENTOS SENCILLOS DE ÓPTICA Hebert Elías Lobo Manuel Villarreal Iris Materán Jesús Rosario Autores Jesús Briceño Juan Carlos Díaz Yasmelis Rivas Juan Lobo Co-autores Experiencias Demostrativas de Óptica Física y Óptica Geométrica en Educación Básica y Media GRINCEF

2 Taller de Experimentos Sencillos de Óptica Experiencias Demostrativas de Óptica Física y Óptica Geométrica en Educación Básica y Media Primera edición, 2012 Publicación Electrónica Este material ha sido rigurosamente revisado y arbitrado por expertos para su publicación Hebert Elias Lobo Manuel Villarreal Jesús Rosario Autores Principales Jesús Briceño, Juan Carlos Díaz, Yasmelis Rivas, Juan Lobo Co-autores Datos institucionales Núcleo Universitario Rafael Rangel Departamento de Física y Matemática Área de Física Fondo Editorial Grupo de Investigación Científica y de la Enseñanza de la Física FE/GRINCEF Trujillo, Venezuela Impreso en Trujillo Venezuela 2

3 Introducción Como parte de las labores de extensión y divulgación del conocimiento científico, los integrantes del Grupo de Investigación y de la Enseñanza de la Física, ofrecen talleres de formación, actualización, especialización y divulgación a las comunidades de nuestro entorno sociocultural, incluyendo a los profesores y estudiantes de las instituciones educativas de educación inicial, básica, media y universitaria. El material de apoyo de este taller está dirigido a docentes, estudiantes y comunidad en general interesados en aprender acerca de la utilización de materiales de bajo costo, fácil adquisición, incluyendo muchos reciclables, para el montaje de experimentos sencillos de óptica, destinados al estudio de los fenómenos de la luz, en todas sus formas, particularmente, fáciles de reproducir por y para los estudiantes de educación básica y media general. Contenido Reflexión y refracción en espejos, lentes y prismas, 4 Reflexión interna total, 9 Dispersión de la luz en prismas,12 Composición de colores y luz blanca, 15 Luz Polarizada, 18 Interferencia de capas delgadas, 25 Interferencia y difracción en aberturas, 30 Referencias Optics, E. Hetch, 2nd. Ed., Addison-Wesley Pub. Co. Reading. Ma. (1987). Trabajos prácticos de física, J. E. Fernández y E. Galloni, Editorial Nigar, Buenos Aires (1968). Guía del laboratorio de física, Physical Science Study Committee (PSSC), Reverté, Madrid (1972). 3

4 Objetivo Reflexión y refracción en espejos, lentes y prismas Estudiar la propagación de la luz y aplicar las leyes de la reflexión y refracción en el estudio de espejos, lentes y prismas. Recursos Láminas de acrílico previamente cortadas, pegamento de silicón, puntero láser, cuchara, papel aluminio, espejos planos, juegos de regla y transportador escolar (de plástico), lentes de reciclaje. Actividad 1 Ensamblar prismas huecos con piezas de acrílico y silicón como pegamento, cortadas previamente con caladora. Llenar el interior de los prismas con diferentes líquidos. Realizar ensayos de reflexión utilizando un puntero láser y los prismas de reflexión ensamblados, tomando como referencia los esquemas de la figura 1 y la fotografía de la figura 2. Explique los resultados a partir de la ley de reflexión. Compare sus predicciones teóricas con sus mediciones. Qué se puede concluir? Figura 1. Desviación de haces luminosos utilizando prismas de ángulo recto Figura 2. Fotografía de experimento de reflexión de 180º de un haz de láser Actividad 2 Usando una placa de acrílico de caras paralelas, como se ilustra en la Figura 3, se estudia la dependencia del desplazamiento lateral d del haz de luz como función del ángulo de incidencia. Usando la ley de Snell y los valores del índice de refracción medido, deduzca la relación teórica entre d y. Compare sus predicciones teóricas con sus mediciones. Qué se puede concluir? 4

5 Figura 3. Desviación de un haz por una placa de caras paralelas. Usando la ley de Snell es posible demostrar las siguientes relaciones: sen θ = n sen θ d sen(θ θ ) = h cos θ Demuestre estas relaciones y a partir de las mismas determine la relación entre el desplazamiento d del haz y el ángulo incidente. La experiencia debería observarse como muestra la fotografía de la figura 4. Figura 4. Fotografía de un haz de láser transmitido a través de una placa de caras paralelas 5

6 Actividad 3 Utilizando espejos planos, esféricos y parabólicos; cóncavos y convexos, mostrar sus propiedades reflectantes con experimentos semejantes a los mostrados en los esquemas de la figura 5. Prepare los espejos utilizando reglas flexibles de plástico recubiertas con papel aluminio completamente alisado. Para mantener la forma de los espejos circulares, parabólicos o elípticos, se sujetan con clavos en una tabla. Figura 5. Reflexión de espejos planos, esféricos y parabólicos. Actividad 4 Determinar la distancia focal de lentes plano-convexas y plano-cóncavas, divergentes y convergentes. Utilice la rendija de 3-4 aperturas (o los haces de tres-cuatro punteros láser) y observe como varían las direcciones de los rayos reflejados con respecto a las de los rayos incidentes en la superficie de cada una de las lentes. (Nota: Conviene que los rayos incidan primero sobre la superficie plana). Dibuje, los contornos de las lentes y los rayos necesarios para determinar las distancias focales de ambas lentes. Repita el apartado anterior dos veces utilizando rayos que no inciden paralelos al eje óptico. Determine ahora para lentes biconvexa y bicóncava, ajuste los rayos que salen de la rendija de 3 aperturas de forma que estén paralelos al eje óptico y dibuje tanto el contorno de la lente como los rayos incidentes y refractados que observa. Tome de referencia los esquemas de la figura 6 y la fotografía de la figura 7. Figura 6. Refracción en lentes divergentes y convergentes 6