jueves, 29 de enero de 2015

Desviación de un rayo luminoso por un prisma (IYL2015– Óptica4)

Siempre que un rayo luminoso incide sobre la superficie de separación entre dos medios transparentes (aire-agua, aire-vidrio, agua-vidrio, por ejemplo) ocurren en mayor o menor grado ambos fenómenos la reflexión y de refracción de la luz.

  • Por lo general el rayo luminoso sufre una desviación, esto es, un cambio en la dirección de su trayectoria rectilínea. 
  • En el caso de la reflexión, el rayo luminoso siempre se desvía.
    Describa dos ejemplos diferentes. 
  • En el caso de la refracción es muy frecuente ver, en situaciones cotidianas, que el rayo se desvía.
    ¿Hay alguna situación en que el rayo no se desvía?
    Si la hay, descríbala. 
  • Ya vimos que, para analizar la refracción,  los valores del ángulo en el medio-1 (θ1) y en el medio-2 (θ2), están relacionados por medio de la Ley de la Refracción (Ley de Snell).
    n1 sen (θ1) = n2 sen (θ2)
  • Cuando un rayo luminoso pasa a través de un prisma (de agua, vidrio, acrílico, etc.), sufre una desviación en cada una las dos caras del prisma, siempre que no llegue perpendicular a la primera cara. 
  • El ángulo de desviación  del prisma es el ángulo formado entre el rayo incidente en la primera cara del prisma y el rayo refractado que emerge de las segunda cara del prisma.
Para motivar a sus estudiantes, el docente puede preparar un material como el de la figura: una cartulina con un prisma equilátero (60°-60°- 60°). Un rayo luminoso simulado por una recta, que llega con un ángulo de incidencia diferente de 0°, a uno de los catetos del prisma. Varias preguntas, para compartir con la clase.
Objetivo
: Observar la desviación de un rayo luminoso en dos caras de un prisma y también la desviación total producida por el prisma. Analizar el fenómeno cuantitativamente, usando la ley de la refracción de la luz.
Materiales: Prisma de acrílico o de vidrio (preferentemente equilátero), cartón blanco, lápiz, regla graduada, transportador. Opcional: puntero láser.
¿Qué hacer?:
  1. Coloque el prisma sobre el cartón blanco y con un lápiz trace su perímetro. 
  2. Trace una recta que simula un rayo luminoso, incidiendo sobre unos de los lados del prisma, con un ángulo de incidencia diferente de 0° (30°, 45°, o 60° son apropiados). 
  3. Observe la desviación del rayo luminoso que produce el prisma, encontrando la recta (su dirección) que representa el rayo desviado, que sale por la otra cara del prisma. 
  4. Suponga que el triángulo de la figura es equilátero y de vidrio n =1,5, y que el rayo incidente en el aire  (n= 1,0) llega con un ángulo de 45° respecto a la cara izquierda del prisma.
    Aplique (¡dos veces!) la ley de la refracción y calcule el ángulo de desviación (δ).
    Referencias adicionales:

    Reflexión interna total:
     http://fisica1011tutor.blogspot.com/2015/01/reflexion-interna-total-iyl2015-optica3.html

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