Appendix 1: HR and assignee interview protocols
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Refracción -Simulphysics-
INSTITUCIÓN EDUCATIVA ORESTES SINDICCE GRADO UNDÉCIMO
ÓPTICA GEOMÉTRICA
2013
Este módulo se realiza en casa
Temas Introducción
Leyes de reflexión y refracción: introducción teórica Leyes de reflexión y refracción: simulación
Reflexión total: simulación
Objetivos
Objetivo general
Con base en un enfoque constructivista y a través de simulaciones estudiar leyes de reflexión y refracción de la luz.
Objetivos específicos
Instalar el ambiente de simulación SimulPhysics. Definir el concepto de índice de refracción.
Explicar los enunciados de las leyes de reflexión y refracción de la luz. Verificar mediante simulación las leyes de reflexión y refracción.
Verificar mediante simulación la reflexión total.
Materiales Computador.
SimulPhysics: Ley de Snell.
Introducción
La óptica geométrica estudia los fenómenos de reflexión y refracción de la luz bajo el modelo de RAYO. La óptica geométrica no tiene en cuenta el comportamiento ondulatorio de la luz. Aquí, con base en la propagación rectilínea de la luz se hace el estudio de los sistemas formadores de imágenes: espejos y lentes.
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En éste módulo se hará un primer acercamiento a las leyes de reflexión y refracción a través de simulaciones. En los módulos # 2 y # 3 se hará la verificación experimental de éstas. En los módulos # 4 y # 5 se estudiarán los sistemas formadores de imágenes. En el 4 se hará a través de simulaciones y en el 5 se hará experimentalmente.
Leyes de reflexión y refracción: introducción teórica
Índice de refracción
Se define como índice de refracción n de una sustancia transparente a, c
n = [1] V
En donde c corresponde a la velocidad de la luz en el vacío (300 000 km/s) y V la velocidad de la luz en la sustancia. Observar que su valor es sólo numérico y sin unidades, adicionalmente, n1, ¿Por qué?
Para el aire se puede considerar que n vale aproximadamente 1,00, para el agua 1,33, para el acrílico 1,50 y para el vidrio 1,50.
Tarea: Con base en estos valores dados del índice de refracción calcular la velocidad de la luz en el agua, en el acrílico y en el vidrio. Emplear la ecuación [1].
Leyes de reflexión y refracción
Cuando la luz incide sobre una superficie que separa dos medios transparentes de diferente índice de refracción generalmente se presenta que parte de ella se refleja y parte de ella se transmite (refracta), Figura 1. La que se refleja cumple la denominada
ley de reflexión,
r
φ = φ [2]
y la que se refracta cumple la denominada ley de refracción o ley de Snell,
senφ
n´
=
[3]
senφ´
n
en donde φ ,
φ
r yφ
corresponden a los ángulos de incidencia, reflexión y refracción (que son respectivamente los ángulos que forman el rayo incidente RI, el rayo reflejado RR y el rayo transmitido RT con el segmento de recta N perpendicular a la superficie de separación entre los medios ), n corresponde al índice de refracción del medio desde donde incide la luz y n´ al índice de refracción del medio hacia donde se refracta (se transmite) la luz.107 Esta ley se puede expresar también como,
nsenφ = n´senφ´ [3.1]
Figura 1
Observar que el rayo refractado se desvía. Haciendo un análisis de la ley de Snell, ecuación [2], se puede concluir que,
si el rayo incide desde un medio de menor índice de refracción hacia otro medio de mayor índice el rayo refractado se desvía acercándose a la normal, Figura 2 (izquierda).
si el rayo incide desde un medio de mayor índice de refracción hacia otro medio de menor índice el rayo refractado se desvía alejándose de la normal, Figura 2 (derecha).
108 Leyes de reflexión y refracción: simulación
Actividad # 1
Bajar SimulPhysics del siguiente sitio Web,
http://ludifisica.medellin.unal.edu.co/index.php/software-hardware/simulphysics (Guardan el archivo en el escritorio y descomprimen la carpeta; luego abren la carpeta y le dan clic al que dice ejecutar o ejecutable)
Ejecutarlo. Se obtiene la ventana de la Figura 1.
Figura 1
Hacer clic en el ítem de la ley de Snell, Figura 2. Se obtiene la ventana de la Figura 3
109 Figura 3
Utilizar la simulación para verificar la ley de Snell y la ley de reflexión para los siguientes ángulos: 30o, 40o, 600, 70o. Tomar n=1,00 y n´=1,50. Se debe verificar
realizando los cálculos con las ecuaciones [2] y [3].
Utilizando la simulación verificar la ley de Snell y la ley de reflexión para los siguientes ángulos: 30o, 40o, 600, 70o. Tomar n=1,50 y n´=1,00. Se debe verificar
realizando los cálculos con las ecuaciones [2] y [3].
Observar que si el rayo de luz incide desde un medio de menor índice de
refracción hacia otro de mayor índice hay siempre un rayo reflejado y otro refractado independientemente del ángulo de incidencia.
Observar que si el rayo de luz incide desde un medio de mayor índice de
refracción hacia otro de menor índice hay un ángulo de incidencia tal que cualquier rayo que incida con un ángulo mayor que éste la luz sólo se refleja y NO logra refractarse. A este fenómeno se le denomina REFELEXIÓN TOTAL y a éste ángulo se le denomina ángulo de incidencia crítico
φ
c. Usando la simulación determinar el valor de éste ángulo para valores de n=1,50 y n’=1,00
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El fenómeno de REFLEXIÓN TOTAL es el fundamento científico de la fibra óptica.
Reflexión total: simulación
Retomando de nuevo, cuando el rayo de luz incide desde un medio de mayor índice de refracción hacia otro de menor índice hay un ángulo de incidencia tal que cualquier rayo que incida con un ángulo mayor que éste la luz sólo se refleja y NO logra refractarse. A este fenómeno se le denomina REFELEXIÓN TOTAL y a éste ángulo se le denomina ángulo de incidencia crítico
φ
c.Para el ángulo de incidencia crítico el ángulo de refracción es de 90o. Por lo tanto, según la ecuación [3] se obtiene,
c o senφ n = sen 90 n concluyéndose, c n senφ = [4] n Recordar que n´ > n Actividad # 2
Usando la ecuación [4] calcular el ángulo de incidencia crítico para los siguientes casos: (a) agua-aire, (b) vidrio-aire, (c) vidrio-agua, (d) aire-agua.
Verificar los cálculos con la simulación.
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