Laboratorio de Física I Practica N°7 Reflexión de la Luz INFORME Integrantes: Reyder Gamarra Fora Juan Cuaquira Ferro Marcelo Chacón Grupo: C Profesor: Juan Carlos Grande Ccalla Semana 16 Fecha de realización: 14/06/2012 Fecha de entrega: 21/06/2012 2012 1: INTRODUCCION Diferentes teorías se han ido desarrollando para interpretar la naturaleza de la luz hasta llegar al conocimiento actual. El concepto de rayo de luz emitido por el ojo, que se propagaba en línea recta hasta alcanzar el objeto. ¿Qué es la luz?. Los sabios de todas las épocas han tratado de responder a esta pregunta. Los griegos suponían que la luz emanaba de los objetos, y era algo así como un "espectro" de los mismos, extraordinariamente sutil, que al llegar al ojo del observador le permitía verlo. De esta manera los griegos y los egipcios se abocaron a la solución de estos problemas sin encontrar respuestas adecuadas. Posteriormente en Europa del S. XV al XVII, con los avances realizados por la ciencia y la técnica, surgieron muchos matemáticos y filósofos que produjeron importantes trabajos sobre la luz y los fenómenos luminosos. Newton es el que formula la primera hipótesis sobre la naturaleza de la luz. 2.- OBJETIVOS: Comprobar experimentalmente la variación de fuentes luminosas alimentadas AC y DC. Comprobar experimentalmente que la intensidad de una onda luminosa disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente luminosa. Estudiar las imágenes formadas en un espejo plano. Deducir las leyes de la reflexión de la luz. Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales utilizando como herramienta el software Data Studio. 3: FUNDAMENTO TEORICO 3.1NATURALEZA DE LA LUZ Las bombillas eléctricas se alimentan con un voltaje de 50 Hz (0 60 Hz) en algunos países) de onda sinusoidal. La amplitud máxima del voltaje, y en consecuencia del brillo, tiene lugar dos veces por ciclo debido a que la bombilla es excitada cuando se incrementa el voltaje sin importar la polaridad de este. Una bombilla eléctrica tendrá una intensidad máxima 10 veces por segundo (0 120 veces por segundo). Tendrá del mismo modo una intensidad mínima 100 veces por segundo (0 120 veces por segundo). Las luces fluorescentes pardean a una frecuencia particular. La intensidad de la luz procede de bombillas que también fluctúan. La intensidad de la luz procedente de bombillas DC no debe variar. 3.2.-INTENSIADAD LUMINOSA Cuando una fuente puntual emite luz con una potencia (P) constante y el medio de propagación es isotrópico y no absorbente de energía, los frentes de onda son esféricos. De este modo, la energía por unidad de tiempo (P) se distribuye uniformemente sobre el área de una superficie esférica de radio (r). Por ello, la intensidad de la onda (potencia media por unidad de área) resulta ser: ………….. (1) Es decir la intensidad de la luz a una distancia dada r, será proporcional al cuadrado de su radio r, la intensidad variará como 1/r2. Los campos eléctricos y gravitatorios también son funciones que responde a la ley de la inversa al cuadrado. 3.3.-REFLEXION Al cambio de dirección que experimenta la luz al llegar a una superficie pulida se le llama reflexión. En casi cada momento de la vida diaria se encuentran experiencias que son consecuencias de la reflexión de la luz. Usted está leyendo estas líneas gracias a que la luz que se refleja en la superficie, se observa en un espejo por la luz reflejada sobre él. El principio o la ley de la reflexión de la luz, se aplica en las experiencias que se acaban de describir y en muchos otros. La ley de la reflexión se puede ver desde otro punto de vista diferente que viene del Principio de Fermat que establece que "De todos los posibles caminos puede tomar la luz para desplazarse, toma siempre aquel que lo lleva a recorrer en el tiempo más corto" o dicho de otro modo "La trayectoria real entre dos puntos tomados por su haz de luz es aquella que es recorrida en el tiempo mínimo". 3.4.-REFLEXION ESPECULAR Se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie pulida como un espejo, mientras que cuando la reflexión se produce sobre una superficie rugosa se denomina reflexión difusa. En el caso particular de la reflexión especular (generalmente cuando se habla de reflexión se hace referencia a este tipo) se cumple lo que se denomina la ley de reflexión: Ѳi = Ѳ i ..................... (2) Que nos indica que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. El índice de refracción de un medio se define como: ……………….. (3) Ya que se sabe que la velocidad de la luz (v) cambia de acuerdo al medio en que atraviese, así también como la longitud de onda (λ) mientras que la frecuencia (f) permanece constante. Recordemos que la velocidad de una onda se relaciona con la frecuencia (f) y la longitud de onda (λ) de acuerdo con la siguiente relación: v=λf………….. (4) 4: MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJO Computadora personal con programa Data Studio instalado Interface USB Link Sensor de luz Fuentes luminosas Espejos Regla Alfileres Papel polar Tablero de corcho Agua. 5: PROCEDIMIENTOS NATURALEZA DE LUZ Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de luz (luxómetro) insertado a la interface Power Link. Entre al icono configuración luego seleccionamos velocidad de muestreo a 1000 Hz. No es necesario calibrar el sensor de luz, pero si necesitara calibrar la sensibilidad del sensor selecciónelo en el rango bulb (0 - 260 lux) lo reconocerá pues sobre el sensor hay un botón con la imagen de una bombilla eléctrica. Encienda la fuente de DC, AC y coloque el sensor de luz a unos 20 centímetros. No acercar el sensor al fluorescente, registre las medidas a nivel de la superficie de la mesa. Comience a grabar los datos por espacio de 20 segundos. Repita el procedimiento para la bombilla incandescente AC. Y Para el procedimiento para la bombilla incandescente DC. 5.1.1. Arrastre el icono TRF (Transformada Rápida de Fourier), sobre los datos del fluorescente AC. Ajuste la presentación del rango, de modo que pueda verse claramente. Interprete los resultados. ¿Qué significa el hecho de que se encuentre (o no) un valor de frecuencia. fig.1 grafica de la amplitud vs la frecuencia Al obtener una frecuencia deducimos que se trata de la utilización de corriente alterna obteniendo una valor de frecuencia de 120Hz además sabemos que la frecuencia es el numero de oscilaciones por segundo. 5.1.2. ¿Qué valor registra para la bombilla incandescente AC? Interprete. Fig.2 grafica de la intensidad luminosa en función del tiempo Como podemos apreciar en el grafico que la bombilla incandescente alimentada por corriente alterna (CA) el valor que nos entrega no es constante tiene picos positivos y negativos. El valor nos da desde 1600 a 1730 lux el valor pico a pico es de 130 lux. 5.1.3. ¿Qué valor registra para la bombilla incandescente DC? Interprete. Como podemos apreciar en el grafico que la bombilla incandescente alimentada por corriente continua (DC) el valor que nos da es contante 1685.5 lux. fig3. Grafica en (DC) I. luminosa vs tiempo VARIACION DE INTENSIDAD DE LA LUZ Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de luz (luxómetro) insertado a la interface Power Link. Realizamos el montaje de la figura 5.1.1. La longitud inicial debe ser de 10 cm. Obsérvese que la linterna debe estar perpendicular a la regla. Cuide además que la luz del ambiente no incida sobre su sensor. Fig. 4 separamos el sensor luminoso de 5 en 5 cm. Selecciónelo en el rango (0 - 260 lux) lo reconocerá pues sobre el sensor hay un botón con la imagen de una bombilla eléctrica. Entre al icono configuración luego seleccione velocidad de muestreo a 50 hz, luego vaya a opciones y en muestreo manual seleccione conservar valores de datos solo si se solicita. Renombre la medida a tomar como longitud y las unidades en metros, Segú como lo puede ver en la figura 5.1.2 .Fig. Nº 5configuración del sensor luminosa Posteriormente levante un gráfico de intensidad luminosa (lux) vs longitud (metros).Al empezar la grabación de los datos aparecerá una ventana como podemos apreciar en la grafica y deberá poner el valor de la longitud y así en cada valor que selecciones, el sistema grabará solo en el momento que se acepte el valor. Para finalizar la grabación se seleccionará e icono de color rojo al costado del icono CONSERVAR. Grabe con un paso desde 15 cm 20 , 25, 30 ,35 ,40 , 45, 50, 55, ..cm hasta 1m. Fig. Nº 6 Donde podemos observar los puntos adquiridos. Una vez obtenido los puntos, lo ajustamos la intensidad luminosa como podemos observar en la figura. Fig. Nº 7 ajuste de la intensidad luminosa 6.- RESULTADOS OBTENIDOS 6.2.1. Con los datos obtenidos determine la dependencia de la intensidad con la distancia. ¿Cuál ajuste escogería? ¿Por qué? . ( ) . La dependencia que existe entre la intensidad luminosa y la distancia es que son inversamente proporcionales, si alejamos el sensor luminoso de la fuente de luz entonces la distancia va aumentado y a la vez la intensidad luminosa va disminuyendo. Escogeremos el ajuste inverso de grado n porque la intensidad de la onda luminosa disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente luminosa. 6.2.2. Anote los valores resultantes del ajuste que escogió. A (Scale factor) Factor de escala 204000 ±38000 n(Power) 1.87±0.071 B(Y offset) -21.0±17 Mean Square error 194 Root MSE 13.9 6.2.3. ¿Qué es una fuente de luz isotrópica? Una fuente isotrópica es aquella fuente que emite de manera uniforme la luz y se emite de manera uniforme en todas las direcciones. REFLEXION DE LA LUZ. El espejo plano debe sostenerse en posición vertical con ayuda de la madera y colócalo sobre una hoja de papel polar. Clava un alfiler que te servirá de objeto frente al espejo a 10 cm. El alfiler debe de estar fuera desalinea normal del origen de coordenadas. Este alfiler es visible desde cualquier ángulo, luego podemos decir que la luz es reflejada en todas direcciones. Un segundo alfiler localizador puede ser usado para definir un rayo de luz que al chocar con el espejo forma un ángulo particular de incidencia 8; con la normal del espejo. Mover el eje frente al espejo plano hasta que las imágenes de ambos alfileres en el espejo coincidan. Luego colocar dos alfileres "localizadores" en la línea recta que une las imágenes de los dos alfileres. Los dos nuevos alfileres definirán el ángulo 02 de reflexión correspondiente. Trazar ambos rayos y la posición del espejo sobre el papel. La línea de trazos de la figura 4.2.1 representa el rayo de luz incidente y la línea continua representa el rayo de luz reflejado. El ángulo de incidencia 6; se define como el ángulo entre el rayo incidente y la perpendicular a la superficie reflectante, considerada en el punto dé reflexión, esta perpendicular se llama normal. El ángulo de reflexión 6, es el ángulo entre el rayo reflejado y al normal. Trace en el papel y mida los ángulos de incidencia y reflexión. Fig. Nº 8. Segundo montaje Quite los alfileres del rayo incidente y clávese en otros lugares cualesquiera del papel. Trace la línea de puntos que marque el nuevo rayo incidente y repita el proceso una vez mas midiendo respectivamente los ángulos Ѳ i y Ѳ r. En otra hoja de papel blanco dibuje una recta NN' a la mitad de la hoja dibujar una flecha grande tal que como se muestra en la figura 5.2.2 coloca la superficie reflectora sobre la recta NN', coloque un alfiler en la punta de la saeta. Con un eje cerca de la esquina inferior derecha del papel coloque una regla de modo que quede alineada con la imagen del alfiler, trace esta línea con un lápiz, mueva su eje hacia la izquierda del papel y marque otra línea del mismo modo. Quite el espejo y prolongue cada recta continua hasta NN' y de trazos hasta MM' hasta que se crucen. La intersección es el lugar donde parece estar al punto observado de la flecha, este lugar se llama imagen virtual del punto. Repita lo anterior para la parte inferior de la flecha. Uniendo con rectas las imágenes virtuales de los puntos del extremo superior, centro y extremo inferior de la flecha, construya la imagen virtual de símbolo. Fig. Nº 9. Trazo de la flecha Colocamos ahora dos espejos planos verticalmente formando un ángulo recto, como se ve en la figura 6.2.3. Ubicamos un alfiler objeto entre ellos, ¿Cuántas imágenes ve?, cambiar el ángulo a 600 y 450, ahora ¿Cuántas imágenes ve? Fig. Nº 10. Esquema de los espejos. 6.3.1 ¿Cuál es la relación entre el ángulo de incidencia y el de reflexión para un espejo plano? En todo espejo plano la relación del ángulo de incidencia con el ángulo de reflexión es que son del mismo valor a continuación la siguiente ecuación 6.3.2 ¿Cuáles son los valores de los ángulos de incidencia y reflexión respectivamente? El ángulo de incidencia es de 300 y el ángulo de reflexión es de 280 Es decir ambos ángulos son teóricamente iguales pero en la practica el sentido de la vista puede hacer que el valor varíe un poco. 6.3.3 Compare la distancia de un punto de la flecha, a la superficie reflectora con la distancia de la imagen correspondiente a la misma superficie reflectora y repita con otros puntos ¿Qué conclusiones deduce de ello? La distancia de cualquier punto a la superficie reflectora es la misma debido a que cada punto de la flecha es obtenido por un ángulo de incidencia cuya proyección aparecerá en el punto de la zona virtual del espejo 6.3.4 Indicar sus observaciones que la imagen virtual formada por un espejo plano es idéntica al objeto. De no ser así ¿Cómo describiría la diferencia entre ellos? Serán idénticos en cuanto a tamaño y distancia entre los puntos a la superficie reflectora, pero existe una diferencia en las dos imágenes y es que al igual que cuando nos miramos al espejo vemos nuestra imagen idéntica pero la imagen será inversa en el sentido de derecha e izquierda eso mismo pasara con la flecha. 6.3.5 Algunos instrumentos de medición tiene, espejos~ planos es la escala colocada detrás del índice. El observador debe tomar la lectura cuando el índice esta exactamente sobrepuesta su imagen en el espejo ¿Por qué con este procedimiento se obtiene lecturas más precisas? Porque estos instrumentos están basados en la ley de reflexión donde se hallan los valores con pura proyección de los ángulos de reflexión, así los valores obtenidos serán mucho más exactos. 6.3.6 Para el experimento de la formación de múltiples imágenes, esta cumple con la ecuación: Numero fe imágenes = (360º /ángulo entre espacios)-1 ¿Cuál es el número que usted puede observar en esta configuración? ¿ A qué ángulo corresponde? Para el ángulo de 60 grados obtendremos cinco imágenes esto por medio de la observación y para el ángulo de 45 grados obtendremos siete imágenes entonces a medida que tengamos menor ángulo tendremos mayor numero de imágenes si tendríamos un ángulo de 1 grado obtendríamos 359 imágenes y si tendríamos un ángulo de 120 grados tendríamos dos imágenes. 7: OBSERVACIONES Al momento de ver cuantas imágenes existían cuando los espejos formaban un angula daba la impresión que en el anugulo de 60 de veian 6 imágenes y en de 45 8 imágenes este se debía a que la imagen del cetro se proyectaba como dos pero nosotros teníamos que considerarlo como uno Que no se caliente demasiado el foco, pues no debe estar prendido mucho tiempo pues se calienta y podría quemarse. La fuente utilizada fue una muy buena pues pudo converir corriente alterna a corriente continua manteniéndola exactamente sin mucha variación. 8: CONCLUSIONES En este laboratorio en forma práctica vimos propiedades de los rayos reflejados en una superficie plana, obteniendo como ángulo de incidencia 30 grados y ángulo de reflexión de 28 grados es decir los valores no son exactamente iguales ya que en la experiencia pueden haber muchos errores como la posición del espejo o una visión errónea, también aprendimos a determinar posiciones de objetos reflejados por medio de proyecciones de los ángulos de reflexión. Las graficas de intensidad luminosa tanto para un AC y DC son distintas en una gráfica AC existe frecuencia y por lo tanto su grafica es sinusoidal en cambio en un DC no existe frecuencia por tal su grafica no es sinusoidal; más bien se mantiene en el tiempo por lo tanto como es una grafica intensidad vs tiempo no hay variación. La intensidad luminosa disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente luminosa ,a medida que aumentábamos la distancia de cinco en cinco centímetros gráficamente obteníamos la disminución de la intensidad luminosa en 1m obtuvimos 0.148lux. Mientras menor sea el ángulo entre espejos mayor será la cantidad de imágenes proyectadas 9.-BILIOGRAFIA o o o o o Raymond a. Serway sexta edición Física mi gran academia Problemas de fisica felix aucallanchi www.fisicanet.com www.wikipedia.com