Refracción de la luz

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Refracción de la luz

En esta experiencia se refracta un rayo de luz a través de diversos medios para medir sus índices de refracción.
Para ello se utilizan lentes semicirculares, una de vidrio y otra dormada por una cubeta con la misma forma que se rellena de diferentes líquidos.

Enlace al guión de laboratorio.

Material

- Banco óptico.
- Foco luminoso.
- Rejilla de 1 ranura y soporte.
- Soportes para foco y disco.
- Lente f'= + 50 mm.
- Lente de vidrio semicircular de R = + 25 mm.
- Cubeta semicircular.
- Disco de Hartl y papel.
- Agua, alcohol y glicerina.

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El foco luminoso se puede sustituir por una linterna y, al trabajar con un solo rayo, se puede eliminar la lente de f'= + 50 mm.
La rejillas de 1 ranura se puede hacer con papel de aluminio o lámina de plástico opaca sujeto a un marco como, por ejemplo, una anilla de laboratorio. Tambien se pueden hacer con láminas finas de plástico rígido, como los separadores de hojas de cuaderno.
La lente de vidrio debe ser semicircular para que el rayo se desvíe únicamente en la cara plana y no tener una doble refracción.
Los líquidos propuestos son orientativos, hay líquidos de muy alto índice de refracción, como los aceites.
Si no se dispone de un disco de Hartl, es fácil de sustituir dibujándolo en un papel.

Comentarios a la preparación del montaje

Para la preparación del banco óptico hay instrucciones más detalladas en "Montaje del banco óptico".
Dejar el laboratorio en penumbra facilita las observaciones. Oscurecer demasiado no permite encontrar los materiales y no facilita el control del aula.
Para medir los ángulos de incidencia y de refracción la cara recta de la lente semicircular (o la cubeta) debe estar alineada en el disco de Hartl con el eje 90-90 y hacer pasar el rayo incidente por el centro de la lente sobre la línea de 0 grados.
El rayo incidente debe pasar por el eje 0-180, por el centro del disco de Hartl y por el centro de curvatura de la lente para que las mediciones del ángulo de refracción sean correctas.
Debido a la longitud de las ranuras de las rejillas, parte del haz de luz suele entrar en la lente por la cara superior horizontal, apareciendo dos rayos incidentes diferentes. Para evitar este problema basta por poner un papel doblado por encima de la rejilla eliminando la parte alta del haz de luz, de forma que el rayo entre únicamente por la cada vertical.
El foco con la bombilla de incandescencia tiende a recalentarse, es conveniente mantenerlo encendido el menor tiempo posible y, evidentemente, no tocar la bombilla hasta que se enfríe.

Aspectos didácticos

Este trabajo pretende:

- Tomar datos de ángulo de incidencia y refracción en una lente de vidrio y procesar los datos para obtener gráficas.
- Observar cómo un rayo de luz no se desvía cuando sale de una lente semicircular a través de su radio.
- Observar la diferencia en los ángulos de refracción al utilizar diferentes materiales.

Queda a criterio del docente obtener la ley de Snell a partir de los ángulos, pero hay que tener presente que las funciones trigonométricas no se trabajan hasta el final de la etapa y suponen un obstáculo matemático importante.
Es importante hacer ver que un rayo de luz que viaja a lo largo del radio de una lente circular, siempre atraviesa la cara curva formando un ángulo recto con ella y, por tanto, el ángulo de incidencia es cero y la refracción es nula, el rayo no se desvía.
O, en lenguaje matemático, en una circunferencia, el radio es siempre perpendicular a la tangente en el punto en que cruza la circunferencia.