Óptica: Experimentos básicos sobre la naturaleza de la luz. Cambio de medio de propagación y una aplicación.

Fislet en construccion

Apartado.1.Leyes de la reflexión y la refracción de la luz. Ángulo límite.

A partir de la recreación de un cable de fibra óptica, vamos a estudiar el comportamiento de la luz al cambiar de medio, y por extensión el de las ondas electromagnéticas en las que se incluye. El experimento muestra 2 medios con distinto indice de refracción, nint>next. Veremos que en función del ángulo de incidencia en la superficie de separación, y de la diferencia de indices de refracción, los rayos se desvían mas o menos,y en cada caso se podrán reflejar o reflejar y refractar. El ángulo que marca la separación entre estas 2 regiones se llama ángulo límite. Este apartado pretende ser eminentemente cualitativo con el objetivo de proporcionar al estudiante una intuición más allá de las fórmulas básicas, que aquí no se van a escribir.

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Para empezar el estudiante debe poder mover el foco pinchando en el cuadrado colocado en el interior de él. Dispóngalo sobre la línea amarilla del medio exterior que se encuentra a la izquierda. Y pinchando sobre el otro cuadradito varíe el ángulo con el que salen los rayos del foco. ¿ Qué ocurre?, los rayos cambían la dirección de propagación en el nuevo medio. ¿ Cómo podrías describir este fenómeno?,¿ Cuántas variables y cuáles usarías?. Y otra pregunta, ¿ cómo estan relacionadas esas variables?. Para responder teniendo la información completa del sistema, vuelve a mover el foco, esta vez ponlo sobre la linea y en el interior del medio azul. Si ahora varías el ángulo de salida de los rayos, ¿qué ocurre?, ¿algo diferente?.

Si después de haber realizado la simulación tienes curiosidad, sigue el siguiente link: Ley de Snell..

Apartado.2.Estudio de la formación de imágenes.

En el apartado anterior hemos visto como se comporta la luz al pasar a un medio de distinto índice de refracción y la importancia que tiene en este cambio el ángulo de incidencia. Sabiendo esto podemos intuir que la geometría de las superficies de separación de ambos medios es un elemento con el que poder jugar a la hora de modificar la direccion de propagación de la luz. Con esto en mente vamos a usar una lente para formar imágenes reales de un objeto, además de comprobar una relación sencilla.

El experimento se va realizar en la ventana superior. Se pide que el alumno cree un objeto partiendo de los botones dados en la simulación. Después deberá crear una lente, preferentemente de tipo convergente. Con estos 2 elementos verá como la simulación genera la iluminacion del objeto, y dibuja la propagación de los rayos, que formarán una imagen del objeto.

Se trata de obtener las distancias del objeto a la lente (d; positiva si el objeto esta a la izquierda de la lente) y de la imagen a la lente (d'; positiva si esta a la derecha).Una vez anotadas se mueve la lente de modo que se vuelva a obtener una imagen en la misma posición y se procede a anotar las medidas. Comprobar que el valor de la distancia focal (f') dado por la simulación es el predicho por la fórmula:

-1/f=1/d-1/d'

Para terminar la práctica se debe obtener la relación entre las alturas de ambos objeto/imagen de modo que se cuantifique la diferencia entre ellas (y,y';las distancias hacia abajo son negativas a diferencia de hacia arriba). Comprobar la siguiente relación.

y'/y=d'/d

''Trucos usados en la simulación'' Los rayos son una interpretación de la onda electromagnética, que permiten describir la dirección de propagación en aproximación paraxial. En la simulación los rayos no se curvan exactamente al atravesar la lente, como debería de ser ( estudiado en Apartado 1) si no que lo hacen en el plano principal de la lente.