Introducción

Luis Ricardo Mondragòn Montañez_201303090044

| Universidad tecnológica de Chihuahua | 

Dr. Gabriel Rojas NA71M

Dispersión de la luzCARACTERIZACIÒN DE NANOESTRUCTURAS

Objetivo: Analizar los fenómenos de difracción en distintos materiales utilizando un rayo láser.

En los últimos años de estudio en la Carrera de, he aprendido que el índice de refracción de un medio material toma valores distintos para cada longitud de onda. La ley de la refracción nos indica que las luces inciden sobre una superficie éstas refractarán en ángulos distintos; éste fenómenos. Recibe el nombre de dispersión. Hace varias décadas se realizó un experimento para potenciar este efecto, para el cual se utilizó un prisma. Isaac Newton logro observar la dispersión de la luz en los colores del espectro visible. Supongo que a todos nos encanta ver éste fenómeno, cuando miramos hacia arriba y nos sonríe el arco iris.

¿Nos preguntamos cómo sucede el fenómeno?... un rayo de luz blanca, incide sobre una gota de agua, la cual refracta en la cara anterior penetrando la gota; en la superficie posterior se refleja y regresa refractándose nuevamente para salir al aire. Cuando nosotros observamos este fenómeno, recibimos el rayo de un color, pero en conjunto vemos todos los colores del espectro visible considerando todas las gotas. Por ese motivo se ve en forma de arco, todas las gotas al mismo color están sobre un arco de circulo ya que siempre se mira con el mismo ángulo.

Normalmente, el arco iris se ve doble ya que hay una segunda forma de marchar los rayos dentro de la gota de agua, con dos reflexiones. El arco secundario se observa con un ángulo entre 52º y 54º, ya que se producen dos reflexiones en la gota antes de salir. En este segundo arco iris los colores están invertidos y su intensidad es menor que la del arco iris primario (Batio, 2015).

1. Gotitas esféricas2. Lugares donde ocurre el reflejo interno de la luz3. Arco iris primario4. Lugares donde ocurre la refracción de la luz.5. Arco iris secundario6. Rayos entrantes de luz blanca7. Recorrido de la luz que forma el arco iris primario8. Recorrido de la luz que forma el arco iris secundario9. Observador10. Región que forma el arco iris primario11. Región que forma el arco iris secundario12. Zona en la atmósfera llena de incontables diminutas gotitas

esféricas-

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Principio de FermatEl principio de Fermat en óptica es un principio de tipo extremal. Un principio extremal es aquel que dice que la naturaleza se comporta haciendo que ciertas cantidades sean máximas o mínimas. Existen muchos de estos principios en la naturaleza, por ejemplo, el que dice que las gotas son esféricas porque de esta manera se minimiza la superficie y por tanto, las moléculas en la superficie de la gota almacenan la menor energía posible. El principio de Fermat establece que el trayecto seguido por la luz al propagarse de un punto a otro, al cambiar de medio, es tal que el tiempo empleado en recorrerlo es un mínimo. Para entender qué significa esto, véase el siguiente dibujo:

Ilustración 1 – Imagen visual del principio de Fermat

 

En él la luz va a ir del punto B con coordenadas (XB, YB) al punto A (con coordenadas XA, YA), por alguno de los infinitos caminos posibles (aquí sólo dibujamos algunos) ¿Cuál de todos estos caminos escoge el rayo de luz? el principio de Fermat sirve para contestar: el que le va a tomar menor tiempo. Para verlo, calculemos el tiempo que le lleva al rayo ir B hacia A, pasando por un punto arbitrario P, luego minimicemos derivando e igualando a cero y veamos que este es el trayecto real de la luz (esto es sí llevas calculo, si no, sáltate este paso hasta la comprobación, no perderás nada del entendimiento de lo que significa el principio de Fermat). Para deducir la ecuación del tiempo total de viaje, nos basaremos en el siguiente dibujo, en donde ya escogimos un punto arbitrario en la frontera entre los dos medios, que representamos con el punto P, de coordenadas X, 0 (por cierto, la frontera se llama interfase). 

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Ilustración 2 – Principio de Fermat

PrácticaLos materiales utilizados como soluciones fueron:

SOLUTOS

Carbonato de sodio Azúcar Zuko Pyrena Leche

SOLVENTES

Agua Aceite

MATERIALES

1 vaso de precipitado de 250 1 vaso de precipitado de 150 1 agitador 1 puntero laser

Aire-Agua

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Aire-Aceite

Aire-Agua-Agua

Aire-Agua

Agua-Agua

Aire-Aceite-Aceite

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Aire-Aceite

Aceite-Aceite

Aire-Agua+Zuko

Aire -Agua + Azúcar

Aire-Agua+ Leche

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Aire-Agua + Carbonato

Conclusión

Se logró llevar a cabo el objetivo inicial propuesto por los integrantes del equipo. Todos los miembros del equipo nos percatamos que existen distintos índices de refracción en los

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distintos tipos de materiales. También se llevó a cabo la medición de sus ángulos y la observación de las sustancias. El que más nos llamó la atención como equipo, fue el aceite ya que nos permitía ver como el haz del rayo láser interactuaba con la solución. La temperatura no fue una variante importante, ya que todo se encontraba a temperatura ambiente. También se llevaron a cabo distintos cálculos.

ReferencesBatio, N. (2015, 9 24).

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Oscilas, R. (2014, Mayo 12). http://opticaluzycolor.blogspot.mx/2013/02/el-principio-de-fermat.html. Retrieved from http://opticaluzycolor.blogspot.mx/2013/02/el-principio-de-fermat.html: http://opticaluzycolor.blogspot.mx/2013/02/el-principio-de-fermat.html

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