Saltar la navegación

Reflexión, refracción y separación de la luz natural en haces de colores

 Elaborador por: Dr. Pablo Valdés Castro, Dr. José Alberto Gregorio Alvarado Lemus, Dr. Jose Bibiano Varela Nájera, Dr. José Manuel Mendoza Román, M.C. Levy Noé Inzunza Camacho


Objetivo: Analiza mediante un simulador las intensidades de la luz reflejada y refractada y los fenómenos de reflexión total interna y separación de la luz natural en haces de colores.


Cuando un haz de luz llega a la superficie de separación entre dos medios transparentes, una parte es reflejada y otra transmitida. Las direcciones que siguen los haces reflejado y transmitido dependen del ángulo de incidencia y, como sabes, se determinan por las leyes de la reflexión y la refracción. En esta Práctica profundizarás en algunas propiedades de los haces reflejado y transmitido. Verás que las intensidades de dichos haces también dependen del ángulo de incidencia, y que cuando el haz incide desde un medio de mayor índice de refracción a otro de menor, para ciertos ángulos de incidencia no hay haz transmitido, sino solo reflejado, fenómeno que se denomina reflexión total interna. Otro fenómeno que considerarás es la separación de la luz natural en haces de colores al refractarse. Seguramente haz observado este fenómeno más de una vez, en particular en el arco iris. La separación de la luz natural en haces de colores se explica porque la velocidad de la luz y, por tanto, el índice de refracción del medio en que se propaga y el ángulo de refracción, dependen no solo de la naturaleza del medio, sino también del color de la luz.

1. Accede a la dirección:

https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_es.html

Es posible trabajar con la simulación en línea, o descargarla, para poder disponer de ella aun cuando no se esté conectado a Internet.

Intensidades de los haces incidente, reflejado y transmitido.

2. Haz clic en el botón rojo que tiene la lámpara. La intensidad del rojo de los haces reflejado y transmitido da una idea cualitativa de sus intensidades luminosas. Si utilizas el sensor de la parte inferior izquierda (de color verde) puedes obtener información cuantitativa de las intensidades de los haces reflejado y transmitido. Observa cómo varían las intensidades luminosas de ambos haces al modificar el ángulo de incidencia. ¿Qué resultado se obtiene al sumar las proporciones de las intensidades luminosas correspondientes a haces reflejado y transmitido? ¿Qué significa esto desde el punto de vista de la energía? ¿Se ha considerado en la simulación la posible absorción de luz durante su propagación?Explica.

¿En qué caso la intensidad del haz transmitido es máxima y la del reflejado mínima? ¿En qué caso la del transmitido es mínima y la del reflejado máxima?

Reflexión total interna.

3. En la parte inferior de la ventana haz clic en “Más Herramientas”. La herramienta “Velocidad” en la parte izquierda de la ventana permite medir la velocidad de la luz. Desplázala de modo que su parte terminada en flecha quede sobre el rayo de luz. La herramienta indica la velocidad como una fracción de la velocidad c de la luz en el vacío (y aproximadamente también en el aire). ¿Cómo son las velocidades de la luz incidente, reflejada y transmitida? Desliza a un lado y otro el control que modifica el medio donde se propaga el haz transmitido y determina la velocidad de la luz en diferentes medios. ¿Depende el índice de refracción del medio de la velocidad de propagación de la luz en él?

Velocidad de propagación e índice de refracción, frecuencia y longitud de onda.

4. En la parte superior izquierda hay un control del color de la luz visible. Varía el color de la luz incidente desde el extremo rojo del espectro hasta el extremo violeta. ¿A cuál color corresponde la mayor velocidad de propagación? El índice de refracción de un medio depende de la velocidad de propagación de la luz en él. Concretamente, el índice de refracción es n = c/v , donde c es la velocidad de la luz en el vacío y v es su velocidad en el medio dado. Si tienes dificultad para entender esto, repasa el apartado 4.2.1 del libro de texto. ¿A cuál color corresponde el mayor índice de refracción y a cuál el menor?

Colores de la luz, velocidad de propagación e índice de refracción.

5. En la parte superior izquierda hay un control del color de la luz visible. Varía el color de la luz incidente desde el extremo rojo del espectro hasta el extremo violeta. ¿A cuál color corresponde la mayor velocidad de propagación? El índice de refracción de un medio depende de la velocidad de propagación de la luz en él. Concretamente, el índice de refracción es n = c/v , donde c es la velocidad de la luz en el vacío y v es su velocidad en el medio dado. Si tienes dificultad para entender esto, repasa el apartado 4.2.1 del libro de texto. ¿A cuál color corresponde el mayor índice de refracción y a cuál el menor?

Separación de los colores que componen la luz natural.

6. Una consecuencia de la dependencia del índice de refracción de la luz respecto a su color es la separación de los haces de colores que la componen al desviarse luego de incidir en la superficie entre dos medios. Gira la lámpara láser hasta que el ángulo de incidencia sea próximo a 90° y luego desliza el control de colores hacia un extremo y el otro. Si pones atención al extremo inferior del haz refractado, podrás apreciar que, aunque muy ligeramente, su dirección varía al pasar de un color a otro. Esto puedes apreciarlo más fácilmente si haces clic en la casilla “Ángulo” de la parte inferior izquierda de la ventana y vuelves a deslizar el control de colores. ¿Para qué color se obtiene la máxima desviación del haz refractado? ¿Y la mínima?

7. En la parte inferior de la ventana haz clic en “Primas” y en la parte derecha selecciona la lámpara que produce un haz de luz natural. Haz clic en el prisma de la parte inferior izquierda y desplázalo hasta que su cara izquierda quede en el camino de la luz de la lámpara. Observa el fenómeno de la dispersión cromática. ¿Cómo se explica la separación del haz incidente en haces de colores? Girando el prisma puedes hacer que los haces de colores se separen más.

8. Confecciona un informe del trabajo realizado con las respuestas a las preguntas formuladas y unas conclusiones.

 Universidad Autónoma de Sinaloa - Dirección General de Educación Superior - Dirección General de Escuelas Preparatorias