Experimento de luz de flexión

Introducción

¿Alguna vez ha puesto una pajita en un vaso de agua? Si su respuesta es sí, es posible que haya notado que la pajita parece doblarse en el agua. La visión de la pajita en el aire no se alinea perfectamente con la forma en que ves la pajita en el agua. ¿Por qué es esto? La respuesta está en un principio de física llamado refracción . Durante la refracción, la luz se curva al entrar en diferentes medios. Si desea obtener más información sobre la refracción antes de comenzar, eche un vistazo a esta lección en video: ¿Qué es la refracción? – Definición, causas y ejemplos.

La refracción hace que la luz se doble en el agua, lo que crea una ilusión de que la lanza se dobla.

Hoy demostraremos esta propiedad con una botella de agua y un rayo láser. Antes de comenzar, prediga qué pasará cuando el láser brille a través del agua. ¿Por qué piensas eso? Si necesita un repaso sobre las ondas de luz, consulte esta lección: Ondas de luz: definición, tipos y usos.

Materiales

• Puntero láser
• Bloque de espuma de poliestireno – aproximadamente 3 ” – 4 ” de alto
• Botella de plástico transparente de 20 onzas con tapa
• Tijeras o cuchillo Exacto
• 40 onzas de agua o más
• 2 cucharaditas de leche
• Cinta adhesiva
• Marcador permanente

Pasos

Nota: Realizará este experimento en el fregadero de la cocina y en el mostrador.

1. Primero, coloque el puntero láser en la parte superior de la espuma de poliestireno y asegúrelo con un trozo de cinta.

2. A continuación, llene la botella con agua y agregue unas gotas de leche para que el agua se enturbie y sea más fácil ver el puntero láser.

3. Coloque la botella en la encimera, justo al borde del fregadero. Encienda el puntero láser y colóquelo tan cerca de la botella como sea necesario para ver el láser a través del agua.

4. Utilice el marcador permanente para marcar el lado más alejado de la botella por donde sale la luz.

5. Vacíe el agua en la botella y use las tijeras para hacer un pequeño agujero donde marcó la botella.

6. Cubra el agujero con cinta adhesiva y vuelva a llenar el biberón con agua y unas gotas de leche. Asegúrese de que la tapa esté bien ajustada.

7. Coloque la botella donde estaba originalmente y encienda el puntero láser nuevamente en la misma posición.

8. Retire la cinta de la botella y observe lo que le sucede a la luz láser.

9. Ahora, afloje la tapa hasta que el agua comience a fluir por el orificio hacia el fregadero. Mueva el láser para que pueda ver la luz seguir el agua.

Solución de problemas

Si tiene problemas para ver su puntero láser a través del chorro de agua, intente ajustar la altura o la distancia de la botella. Asegúrese de que el agujero que corte sea lo más redondo posible y no demasiado grande.

Preguntas de discusión

¿Qué pasó con la luz láser cuando brilló a través del agua?

¿Por qué crees que la luz se dobla cuando se mueve a través de un medio diferente?

Cómo funciona

La luz es una onda y tiene una velocidad característica según el medio en el que se encuentre. Los diferentes medios hacen que la luz se mueva más rápido o más lento. Por ejemplo, la luz se mueve más rápido en el aire que en el agua. Cuando la luz cruza un límite como este, el cambio de velocidad hace que la luz se doble, lo que se denomina refracción.

La forma en que se dobla la luz depende de la densidad óptica del medio. Las sustancias con una alta densidad óptica absorben parte de la energía de la onda de luz, lo que hace que se propague más lentamente, como el agua. Las sustancias con una densidad óptica baja absorben menos energía, por lo que la onda de luz puede viajar más rápido. Cuando una onda de luz, como el rayo láser, cruza un límite entre sustancias de diferentes densidades ópticas, se dobla o refracta.

La refracción es causada por diferencias en la densidad óptica.

Entonces, ¿por qué el rayo láser no se dobla hacia el agua y luego no se dobla de nuevo cuando llega al aire? La respuesta tiene que ver con la reflexión interna total (TIR). Durante TIR, el ángulo de incidencia, o el ángulo con el que la luz incide en el medio, es tan grande que la refracción ya no se produce. Toda la luz se refleja, o rebota, dentro del medio. La luz no sale del agua, sino que rebota en el chorro de agua, por lo que ves que la luz sigue el agua en lugar de salir al aire.

Reflexión interna total en el agua

Para obtener más información sobre TIR y otras propiedades de la luz, eche un vistazo a esta lección: Reflexión interna total frustrada.