Índice de laboratorio de refracción

Introducción: índice de refracción

Imagínese jugando un juego de buceo en la piscina. Desde los bordes, tus amigos arrojan sus palos de buceo, y es una carrera para ver quién puede recolectar más en la menor cantidad de tiempo. Sin embargo, cuando saltas, notas que has calculado mal la ubicación de uno de los palos de buceo. En realidad, está mucho más lejos de lo que pensaba. ¿Cual podría ser el problema?

Afortunadamente, no es un problema con tus gafas, sino una ilusión óptica creada por el índice de refracción de diferentes materiales. Cuando la luz pasa entre medios, su velocidad cambia, lo que hace que la luz se doble. El índice de refracción indica cuánta luz se desviará y, por tanto, cuánto cambiará la velocidad de la luz. Para obtener más información sobre el índice de refracción, puede revisar esta lección: ¿Qué es un prisma? – Definición y Refracción.

El índice de refracción para diferentes medios se puede calcular utilizando la ley de Snell. Para revisar la ley de Snell, puede leer esta lección: ¿Qué es la ley de Snell? Hoy, vamos a encontrar el índice de refracción para tres materiales diferentes (vidrio, agua y plexiglás) midiendo los ángulos incidente y refractado y usando la ley de Snell.

Relación entre el índice de refracción y los ángulos del rayo incidente y refractado

Materiales

• Transportador
• Lápiz
• 3 hojas de papel
• Puntero láser
• Pieza rectangular de vidrio de aproximadamente 3 por 5 pulgadas y 1 pulgada de grosor
• Pieza rectangular de plexiglás de aproximadamente 3 por 5 pulgadas y 1 pulgada de grosor
• Recipiente rectangular transparente de aproximadamente 3 por 5 pulgadas lleno con 1 pulgada de agua
• Superficie plana como una mesa

Pasos

1. Empiece colocando el rectángulo de vidrio sobre el papel. Traza alrededor del borde del vaso y déjalo a un lado. Escriba “vaso” en la parte superior del papel.

2. Aproximadamente a la mitad de la parte superior del rectángulo que dibujó, use el transportador para medir y marcar un ángulo de 90 grados. Dibuja una línea punteada que se extienda hacia abajo a través del rectángulo para indicar la normal.

3. Vuelva a colocar el rectángulo de vidrio en el papel y haga brillar el láser en un ángulo de 45 grados entre la normal y el borde del vidrio.

4. Trace la trayectoria del láser desde el principio hasta donde entra en el cristal y luego donde sale del cristal.

5. Retire el bloque de vidrio y conecte la línea por donde el láser entra al bloque con donde sale.

6. Mida el ángulo de incidencia, que es el ángulo entre el rayo incidente del láser y el normal, utilizando el transportador.

7. Mida el ángulo de refracción, que es el ángulo entre el rayo refractado que dibujamos dentro del rectángulo de vidrio y el normal.

Configuración para medir ángulos

8. Utilice la ley de Snell completando los ángulos de incidencia y refracción, y el índice de refracción del aire, que es 1, para calcular el índice de refracción del vidrio.

Ecuación para resolver el índice de refracción del vidrio

9. Repita los pasos 1-8 para el plexiglás y el agua.

Solución de problemas

Asegúrate de medir tus ángulos con respecto a la normal, que es la línea perpendicular a la superficie del objeto por el que pasa la luz. Si, en cambio, mide la superficie del objeto, sus valores para el índice de refracción serán diferentes de lo esperado.

Además, asegúrese de mantener fijo el puntero láser mientras rastrea el rayo incidente y el rayo refractado. Montar el puntero láser o pedirle a un amigo que lo mantenga quieto puede ayudar.

Preguntas de discusión

1. ¿Qué sucedió cuando el rayo incidente pasó a otro medio?
2. ¿Qué medio tuvo el mayor incidente de refracción? ¿Cómo crees que esto afectaría la velocidad de la luz?

Cómo funciona

Cuando el rayo incidente entra en otro medio, la luz rebota debido a las partículas del nuevo medio. Esto hace que el rayo de luz cambie de velocidad, lo que le permite doblarse en el medio. Esta es la razón por la que el rayo refractado se produce en un ángulo diferente al rayo incidente. Para obtener más información sobre cómo la refracción afecta la velocidad de la luz en un medio, puede consultar esta lección: Refracción y dispersión: definición, ley de Snell e índice de refracción.

En medios donde la luz se ralentiza, el rayo refractado se dobla hacia lo normal, disminuyendo el ángulo refractado en comparación con el ángulo incidente. El vidrio, el plexiglás y el agua tienen un índice de refracción más alto en comparación con el aire, por lo que el rayo refractado se inclina hacia lo normal en todos los experimentos.