Trabajo 3: Análisis experimental de las ecuaciones de Fresnel

Créditos de la imagen: Scietech

Ya puedes consultar tu documento de actividades sobre Ecuaciones de Fresnel. Recuerda leerlo antes de comenzar el laboratorio.

Además, vamos a obtener el indice de refracción de un sólido por método de Brewster:




Más aún, mediremos para comprobar este índice de refracción obteniendo las intensidades de los haces polarizados reflejados con polarizacion paralela P y perpendicular S, incidiendo en la muestra a un ángulo de 45 grados. Sea



el índice de refracción es:



Esto de acuerdo don el articulo: "A simple method for the measurement of the refractive index of a transparent solid", de T E Jenkins, I L Morris, y S R Goodes. Physics Education 27 (1), art. no. 009, pp. 27-31 (1992).

Resumen de Actividades, Sesión 9: Prueba de la navaja de Foucault.

En esta sesión tratamos de analizar la prueba de la navaja de Foucault, y la técnica Schlieren. Existen varias aproximaciones para realizar este experimento, en nuestro caso utilizamos una lampara de luz blanca con la cual luminamos un volumen de aire y regulamos la salida de la luz con un diafragma, la luz incidió sobre un espejo esférico, el cual fue utilizado para formar una imagen de la fuente luminosa sobre el filo de una navaja, que fue situada en el foco. A continuación se colocó una pantalla para captar la imagen real.

En nuestro caso,  utilizamos la flama de una vela. Debido a que la flama provocaba un aumento en

la temperatura del aire, cambiaba el índice de refracción del medio y esto permitió visualizar

cualitativa inhomogeneidades ópticas en este medio transparente; además que se conseguía aumentar el tamaño de la imagen tres veces su tamaño original.

Por cierto, en la siguiente sesión de laboratorio trabajaremos el tema de las ecuaciones de Fresnel, por lo cual hay que estudiarlas antes de que comience la clase. Además, recuerden su actividad en el blog, también se toma en cuenta en la calificación del laboratorio. Por ejemplo, pueden enviar sus imágenes para ilustrar este blog.

Por cierto,  la palabra Schlieren no es un apellido; en alemán, significa golpe. En alemán los todos los sustantivos se escriben en mayúsculas. 

Gracias a Santiago por su resumen de actividades.

Resumen de Actividades, Sesión 8: Construcción de un telescopio y un microscopio

Chorrito de agua como guia de onda de
un haz láser

1. Se completaron las 10 mediciones para obtener la distancai focal y la amplificación transversal de la lente.  Se usaron dos lentes: una positiva y otra negativa. De hecho, se obtuvieron imágenes reales proyectadas en una pantalla, de modo que se podía localizar las imágenes y medir su distancia relativa a las lentes. 

2. Se montó el experimento de un chorro de agua como guía de onda. Se dispuso de una fuente de luz (láser de color verde), se colocó a una distancia aproximada de 1.5 m un contenedor cilíndrico de agua que posee un orificio circular cubierto de vidrio por donde inciden los rayos del láser y por el otro lado una llave que se abre que al dirigir correctamente el láser el agua comienza a salir en forma parabólica. Se muestran las imágenes

Acercamiento del chorrito de agua como guía de onda de
un haz láser

Resumen de Actividades, Sesión 6-7: investigación de las propiedades de las lentes delgadas

1.-Obtener f de una lente positiva.

Proyectamos luz a través de una lente y la hicimos incidir sobre una pantalla. Ajustando la distancia de la lente buscamos una imagen nítida de la resistencia generadora de luz. Tomamos lectura de la distancia y la comparamos con la distancia focal marcada en la lente.

2.-Verificar fórmula de lentes delgadas

Ahora usamos una transparencia y la proyectamos a través de la lente positiva sobre una pantalla. Buscamos una imagen clara en la pantalla, llamada imagen real, y registramos las distancias S_0 y S_i. También registramos las medidas de la imagen proyectada en la pantalla. Variando las distancias lente-objeto-pantalla hicimos varias combinaciones para encontrar imágenes nítidas de diferentes tamaños y registramos 10 lecturas diferentes. Con estos datos se pretende buscar la relación entre las distancias y también verificar la fórmula expuesta en clase.

3.-Obtener f de lente negativa.

Buscar la f de una lente negativa no es tan fácil porque no puede proyectarse en una pantalla la imagen real del objeto, ya que la lente diverge los haces de luz. Para encontrar esta f montamos un sistema similar al anterior,  pero ahora nos auxiliamos de una lente positiva colocandola para proyectar una imagen real en la pantalla, como si proyectaramos la imagen virtual de la lente negativa. La distancia y las dimenciones de la imagen virtual no se pueden medir pero tomando la distancia de la lente positiva con respecto a la pantalla, su distancia focal y la distancia del objeto a la lente negativa podemos usar la ecuacion de Gauss y encontrar la f que buscamos.

Nos vemos en la próxima sesión...donde realizaremos instrumentos ópticos.

Estudiante: Guillermo Torres Coraza

Código matlab: desplazamiento de un haz en función del ángulo

Para su reporte,  pueden usar este código que reproduce las curvas de desplazamiento del haz en una ventana, en función del ángulo. 

%% Script para graficar tres curvas relacionadas con la desviacion de un haz
%% de luz al atrevesar una placa transparente, en fucion del ángulo de
%% incidencia

clc % limpia la pantalla
clear % limpia la memoria temporarl
close all % cierra todas las ventanas de figuras

theta =0:0.01:pi/2; % vector que contiene los grados en radianes
thetas = theta*90*2/pi; % vector en grados: desde cero hasta 90 grados, para
% graficar se entiende mejor
h = 1; % espesor unitario
N =1.3; % indice de refraccion de la primera muestra imaginaria
d = h*sin(theta).*(1 - (cos(theta)./(sqrt(N^2 - (sin(theta)).^2)) ));
%calculo de desplazamiento
plot(thetas, d*100, 'b'); % graficando, multiplico por 100 para tener
% una referencia porcentual, creo que se
% entiende mejor
hold on

N =2;
d = h*sin(theta).*(1 - (cos(theta)./(sqrt(N^2 - (sin(theta)).^2)) ));
plot(thetas, d*100, 'r');

N =4;
d = h*sin(theta).*(1 - (cos(theta)./(sqrt(N^2 - (sin(theta)).^2)) ));
plot(thetas, d*100, 'k');

hold off

% fin del guion matlab

Resumen de Actividades, Sesión 5: Un poco de espectroscopía y algo de cómo buscar en la red

1.- En esta clase la motivación era realizar observaciones, sin tomar dato alguno, usando el método de espectroscopía. Estas observación servirán, posiblemente, para fomentar nuestra curiosidad y aumentar nuestro aservo de conocimientos experimentales.

Espectroscopio. Vía fichas temáticas

2.- El arreglo experimental es bastante sencillo, necesitamos una fuente de luz con colimador, una fuente de poder, un telescopio con base, un prisma y un buen par de ojos, ver Imagen.  Gracias al basto material presente en nuestro laboratorio, pudimos hacer uso de varias fuentes de luz como fuerón de Mercurio, Potasio, "Zink"(asi estaba escrito en la fuente), Sodio, láaser, por mencionar algunas.

3.- El resultado esperado de las observaciones no era desconocido completamente por ninguno de nosotros pues teníamos precedentes de que diferentes materiales, puros, emiten luz en regiones bien definidas del espectro y estas son únicas para cada uno de ellos. Nuestra tarea "ardua" era corroborar que esas regiones eran ciertamente las expuestas en la literatura o en las mamparas de la pared a los costados del pizarron.

4.- El caso de la fuente láser es importante pues nosotros lo idealizabamos como una fuente monocromatica, es decir, una fuente que emite sólo un color. El resultado fue que no es así en la realidad, el láser tiene pequeñas emisiones "paracitas" que pueden ser eliminadas con filtros de color.

¿Tuviste problemas para encontra las totalidad de las franjas con alguna lampara? ¿Cómo le explicarías a tu vecino psicologo el por qúe de las franjas? ¿Encontraste alguna forma para juntar o separar las franjas entre ellas?

5.- La segunda parte de la clase el profesor nos hizo algunas recomendaciones para saber cómo y dónde buscar información para futuras referencias en trabajos. También, por qué no, usar esas bases de datos y paginas para empaparnos un poco de investigaciones científicas en general. El listado es amplio, por mencionar algunas tenemos, Scopus, Google Scholar, The Physics Teacher y La Revista Méxicana de Física, entre otras.

Foto de Natalie C. Hummel

6.- Pendientes: Traer nuestro anamorfismo, usando el software de la página mostrada en clase. y leer el post particular sobre este tema (de donde se obtuvo la imagen de la cara feliz). Por su puesto, también se puede consultar el documento formal donde se explican los detalles matemáticos de estas proyecciones y cómo realizarlos, es muy recomendable su lectura :)

Es importante que realicen con el software su versión de metamorfismo para hacer una galería  

7.- Anexo: Para aquellos que como yo no han tenido un acercamineto muy fuerte con Matlab, les anexo un link a un manual que me parecio bueno para darle una revisada y entrarle al ruedo

Saludos y que tengan emocionantes experimentos.

Estudiante Trejo Uribe Diego Leopoldo.

Resumen de actividades, Sesión 3: Medición del índice de refracción usando varios métodos.

Imagen 1: Haz láser que atraviesa
el agua con miel en la pecera

1.- Al principio de la clase observamos el experimento de la pecera con miel y pudimos observar la desviación del haz láser debido al gradiente en el  índice de refracción producido por la miel en agua. (ver imagen 1) Hay que notar que el haz pega dos veces en la base de la pecera.

¿Por qué dos y no más o menos veces?

¿Tendrá que ver algo la longitud de onda del haz de luz? Comenten.

Ahora si comenzamos con la primera actividad en el laboratorio, como es debido.

2.- El 1er método para medir el indice de refracción fue el de Microscopio Viajero. Se armó el dispositivo experimental y el profesor comentó las variables a manejar y tips del uso del material para optimizar la toma de datos. El dibujo y especificaciones están disponibles en el documento del post pasado: Trabajo 1.

Imagen 2: Haz láser incidiendo en una placa
delgada de acrílico, la cual tiene pegado en
una de las caras un pedazo de papel
dispersor

3.- El 2do método para realizar la medición del indice de refracción fue el Método de Pfund (ver link en post anterior). La toma de mediciones para este método se volvio un poco subjetiva pues es un poco ambiguo dónde se encuentra el fin del halo o circunferencia producido por el haz de luz al incidir en la hoja de papel pegada a la superficie de la lucita (ver imagen 2).

¿A ti cuál de los dos métodos te parece mejor? ¿Qué dificultades encontraste al medir? Cuéntanos.

4.- Como todo buen experimental, compartimos con toda la clase nuestros indices de refracción obtenidos con ambos métodos. Al ver los resultados de todos los equipos el profesor comento la importancia de analizar nuestros resultados experimentales con una fuente de referencia o más de una, así como saber cuándo discriminar información extraña presente en todo experimento.

5.- Pendiente: Realizar un simil de fibra óptica utilizando una botella de pvc, que será una demostración a cargo del profesor.

¡¡Saludos y felices experimentos!!

Estudiante Trejo Uribe Diego Leopoldo.

Resumen de actividades, sesion 2: Conociendo la rubrica, láseres, índice de refracción y más

Para seguir calentando motores, pues tomaremos velocidad. En el laboratorio presentamos varios temas

1) Entre todos revisamos la rubrica del curso y platicamos de que esperamos de los reportes de laboratorio. Así, presente un ejemplo de uno de mis artículos en proceso.

2) Platicamos de que diferencia a un láser del resto de las fuentes de luz. Con todo, les recomiendo ampliamente que revisen la entrada: ¿Qué es un láser?, pues contiene hiper-vínculos valiosos de ese tema.

3) Platicamos un poco sobre el indice de refracción n en materiales. Por ejemplo, mencionamos que en sustancias puras el índice de refracción determina al material. Pero en compuestos se tienen un indice de refracción efectivo o equivalente. De este modo ya hay instrucciones para realizar nuestro primer trabajo de laboratorio, donde usaremos tres técnicas para medir n, las compararemos exhaustivamente.

4) También preparamos una pequeña demostración sobre gradiente de indice de refracción. Por lo que les recomiendo que revisen previo posts sobre el tema.

¿Hay algún punto que me falte mencionar?, ayuden a este blog con sus comentarios, que serán tomados en cuenta en el curso.

Resumen de actividades, sesion 1: Presentación del curso, profesor y reglas de evaluación

Presentación entre alumnos y profesor del
curso de laboratorio de óptica. gracias por
la foto T. J H. G..  

Esta clase de posts son un resumen de nuestro trabajo dentro del laboratorio. Posteriormente Uds, los estudiantes, me enviaran sus crónicas cortas de la clase, para que yo lo publique en este espacio. Así que este es un buen ejemplo.

1) Nos presentamos ante el grupo, mencionamos las reglas de comportamiento y evaluacino del curso. Empezamos a dar detalles de lo que ofrecemos y esperamos para hacer del laboratorio una experiencia educativa, divertida y fructífera.

2) En la siguiente sesión explicaremos la diferencia entre un láser y una lámpara común. Realizaremos algunos experimentos demostrativos básicos.

3) Espero que lean su documento del trabajo núm 1 y llenen el respectivo cuestionario en línea.

¡Felices experimentos a todos!!