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Guia de Lab. Fis. IV

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88UNMSM - FCF LABORATORIO DE PTICAExperiencia N 01:Propagacin rectilnea de la luz

I. Ejercicio1. Estudia cmo se propaga la luz.2. Determina el tipo y la forma de propagacin utilizando el mtodo del visor.

II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20wCon 3 diafragmas de cierre hermticoCon 1 diafragma, 1/2 rendijasCon 1 diafragma, 3/5 rendijas Fuente de alimentacin 312v - /6v ~,12v ~ Papel blanco

III. MontajeVer figura 1 Coloca en la mesa la hoja de papel, y la caja luminosa con la parte de la lmpara sobre el papel, como se ve en la figura 1. Marca a lpiz, con rayas finas, la posicin de la caja luminosa.

IV. Realizacin1. Leyes de la propagacin de la luz Conecta la caja luminosa a la fuente de alimentacin (12v ~) Observa la luz que sale de la caja, y marca con pares de cruces el borde superior e inferior del haz. Une las cruces de cada uno de los lados, y rellena con un lpiz amarillo la superficie ocupada por el haz de luz. Cmo discurren los lmites del haz de luz? Anota lo que observas. Dale la vuelta al papel, coloca la caja luminosa sobre la otra cara (figura 1), y marca su posicin con un lpiz. Sujeta en el haz, a unos 2 cm de distancia de la caja luminosa, el diafragma de tres rendijas. Observa la trayectoria de la luz antes y despus del diafragma. Marca los bordes de los dos haces anchos (arriba y abajo), y los haces estrechos visibles con dos cruces cada uno. Une con una lnea todas las cruces que se correspondan, y colorea de nuevo los dos haces ms anchos con el lpiz amarillo. Cmo discurren los bordes de los haces ms anchos y los haces ms estrechos? Anota de nuevo lo que observas. Desconecta la fuente de alimentacin y quita la caja luminosa del papel.2. Mtodo del visorVer la figura 2 Coloca en la caja luminosa el diafragma de tres rendijas en la parte de la lmpara, y ponla sobre el borde de una hoja de papel (figura 2). Conecta la caja a la fuente de alimentacin (12v ~) Marca la posicin de la caja, el orificio central del diafragma y la trayectoria del haz estrecho central. Sujeta vertical en la trayectoria de la luz el diafragma de una rendija, a unos 8 cm de la caja luminosa ( figura 2 ). Observa el orificio central del diafragma de tres rendijas a travs de la rendija del otro diafragma. Debers desplazar cuidadosamente, en sentido transversal, el diafragma de una rendija hasta que se vea perfectamente a travs de su orificio el orificio central del diafragma de tres rendijas. Marca exactamente la posicin del diafragma que tienes en la mano, y sobre todo la posicin de su orificio. Despus de desconectar la fuente de alimentacin, une con una lnea las cruces que marcan la trayectoria de la luz. A qu conclusin llegas al comparar las marcas de lpiz, que indican la trayectoria de la luz, con la posicin del orificio del diafragma de una rendija? Anota lo que observas.

Figura 1Figura 2

V. Observaciones1. Propagacin de la luzTrayectoria de los lmites del haz de luz:

Trayectoria de los bordes de los haces anchos:

Trayectoria de los haces estrechos:

2. Mtodo del visorPosicin de las marcas de lpiz y del orificio del diafragma:

VI. Evaluacin1. Compara los resultados del Ejercicio 1. Qu tienen en comn y en qu se diferencian?

2. Qu ley podras formular sobre la propagacin de la luz?

3. Intenta razonar los resultados de tus observaciones con mtodo del visor.

4. Piensa en algunas aplicaciones tcnicas de la ley que has encontrado, y pon dos ejemplos.

..

Experiencia N 02:Iluminancia ( ley de la distancia )

I. EjercicioVariando la distancia entre una fuente de luz y la superficie iluminada, estudia la relacin que existe entre la iluminancia E y la distancia r.

II. Material Caja luminosa, halgena 12v/20w Base con varilla para caja luminosa Pie estativo, variable Varilla estativa, l = 600 mm (x 2) Escala para banco estativo Diafragma con cuadrado Jinete para banco estativo Pantalla, blanca Fuente de alimentacin 312v - / 6v ~, 12v ~ Papel milimetrado 3 clips

III. Montaje Monta el banco ptico con las dos varillas y el pie estativo variable, y coloca la escala en la varilla delantera. Coloca la caja luminosa en la base con varilla, y sujtala en la parte izquierda del pie estativo de manera que la parte de la lente quede hacia fuera del banco ptico. Pon un diafragma opaco en la parte de la lente, y el diafragma con cuadrado en el foco del otro extremo de la caja luminosa. Coloca la hoja de papel milimetrado en la pantalla, dobla hacia atrs lo que sobresalga, y sujeta con tres clips el papel, de forma que quede liso. Coloca la pantalla, con el jinete, en el banco ptico junto a la caja luminosa (fig. 1 )Figura 1

IV. Realizacin Conecta la caja luminosa a la fuente de alimentacin, (12v ~) y encindela. Desplaza la pantalla lentamente hacia la derecha, y observa la superficie iluminada.Cmo vara el brillo (iluminancia) y el tamao de la superficie iluminada?Anota lo que observes. Coloca la pantalla en la marca de 6 cm (la pantalla queda a una distancia r = 6 cm de la fuente de luz (filamento de la lmpara de la caja luminosa) y el diafragma a 3 cm).Marca con un lpiz (trazos) los bordes de la superficie iluminada. Pon la pantalla sucesivamente a las distancias 12 cm, 18 cm y 24 cm, y marca de la misma forma los bordes de la superficie iluminada. Desconecta la fuente de alimentacin. Quita el papel milimetrado de la pantalla, y dibuja las distintas superficies iluminadas uniendo las marcas de sus bordes. Mide los lados a y b de las superficies iluminadas, y anota los valores en la tabla 1.

V. Observaciones y resultados de las medidasVariaciones en la superficie iluminada al aumentar la distancia de la pantalla a la fuente de luz.Tabla 1r(cm)a(cm)b(cm)a x b(cm2)r2(cm2)A/r2

3(diafragma)1,01,01,0

6

12

18

24

VI. Evaluacin1. Calcula el rea A = a x b de las superficies iluminadas, y los cuadrados de sus respectivas distancias r a la fuente de luz.Anota sus valores en la tabla 1, columnas 4 y 5.

2. Compara los valores de A = a x b con r2.Qu relacin supones entre A y r2?

3. Comprueba tu hiptesis:Calcula los cocientes A/r2 (con 2 dgitos despus de la coma), y anota los resultados en la ltima columna de la tabla 1.Expresa la relacin entre A y r2 con una frmula matemtica y verbalmente.

4. La luz de la caja luminosa se distribuye, segn esto, por ejemplo, al doble de la distancia r, en un rea cuatro veces mayor. Es decir, la iluminancia E (o el brillo) se ha reducido a un cuarto.Qu relacin existe, entonces entre E y r?

5. La iluminancia E es, proporcional a la intensidad luminosa I.Qu relacin existe entre E, I y r?

Experiencia N 03:Permeabilidad a la Luz de Slidos

I. Ejercicio1. Estudia la permeabilidad a la luz de diversos slidos.2. Estudia de qu depende la permeabilidad a la luz del papel vegetal.

II. Material Caja luminosa, halgena, 12v/20wCon 3 diafragmas de cierre hermtico Cuerpo ptico trapezoidal Fuente de alimentacin 312v - /6v ~, 12v ~ Cuerpos diversosCartabn de plstico, goma de borrar, etc.Filtro de colores: RojoPapel o transparencias de varias clasesPapel vegetal, papel recortable, Lmina transparente-Tamao 10 cm x 10 cmPapel blanco, A4Papel vegetal, A4Tijeras

III. Montaje Coloca la caja luminosa sobre una hoja de papel blanco, con la parte de la lmpara, separada unos 12 cm del borde de la mesa; prepara los cuerpos a estudiar (figura 1)

IV. Realizacin1. Permeabilidad a la luz en funcin del tipo de material (slidos). Conecta la caja luminosa a la salida de tensin continua de la fuente de alimentacin y ajuste la tensin a 4 v ~. Sujeta el cuerpo ptico trapezoidal horizontalmente delante del orificio de la caja, a unos 15 cm de distancia; mira a travs del cuerpo hacia la fuente de luz (filamento) y observa su transparencia (figura 1). Anota lo observado en la tabla 1. Repite este experimento sosteniendo el cuerpo trapezoidal delante del orificio de la caja luminosa, pero que la luz pase a travs de la superficie mate.Anota lo que observes de nuevo en la tabla 1. Repite este experimento con todos los slidos y las distintas clases de papel que has preparado.Anota en la tabla 1 el resultado de tus observaciones, completndola con los cuerpos y tipos de papel que has utilizado. Desconecte la fuente de alimentacin y responda a las preguntas 1 y 2 de la Evaluacin.2. Permeabilidad a la luz en funcin del espesor. El montaje es el mismo que el experimento 1 (figura 1). Corta el papel vegetal en unos 8 trozos del mismo tamao; dibuja en unos de esos trozos de papel una figura pequea ( aprox. 4 cm. ) con rotulador negro. Enciende la fuente de alimentacin. La caja est conectada a la salida se tensin continua ( 4 V ~ ). Sujeta primero el trozo de papel vegetal con la figura delante de la caja luminosa; luego aade sucesivamente 2, 3, 4, hasta 8 trozos de papel; observa en cada caso la transparencia y la visibilidad de la figura. Anota lo que observes en 2. Desconecte la fuente de alimentacin.

Ejercicio ComplementarioAplica ahora la tensin de 12 V ~ a la caja luminosa y observa la trayectoria de la luz lateralmente al montaje del experimento ( figura 1 ). Agita un borrador de tiza con cuidado, a unos 12 cm de la caja luminosa. Observa la trayectoria de la luz y compara. Anota lo que observes. Desconecta la fuente de alimentacin y quita la caja luminosa del papel. Contesta la pregunta complementaria.

Figura 1V. Observaciones 1. Permeabilidad a la luz en funcin del tipo de material ( slidos ).Tabla 1CuerpoObservacionesClasificacin del Cuerpo

Cuerpo trapezoidal ( horizontal )

Cuerpo trapezoidal ( vertical )

Filtro ( Rojo )

Goma de borrar

Transparencia

Papel vegetal

2. Permeabilidad a la luz en funcin del espesor.Observacin de la luz aumentando el nmero de hojas de papel vegetal:..Visibilidad de la figura:..3. Ejercicio complem