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FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICA

ESCUELA DE QUÍMICA

LABORATORIO DE FÍSICA III

INFORME Nº 4

REFRACCIÓN Y DIFRACCIÓN

ALUMNA:--Munayco flores Jesus-Gamarra Maldonado-Leon Geronimo Yesenia-Parco Valencia Kevin

PROFESORA:

- Delsy Mirella Espinoza Huerta

MARCO TEÓRICO

LA CUBETA DE ONDAS

La cubeta de ondas es un dispositivo experimental que nos permite mostrar, observar, estudiar el comportamiento de las ondas. Con ella se obtienen bastante buenos resultados, aprovechando el fenómeno de la propagación de las ondas superficiales en un líquido.

Consiste en un recipiente de poca profundidad cuyo fondo plano y rectangular es de vidrio transparente. Se usa para estudiar el comportamiento de las ondas observando la proyección de éstas sobre una pantalla colocada debajo de la cubeta.

Las ondas transmitidas pueden ser refractadas o difractadas:

REFLEXIÓN

Se da cuando la onda pasa de un medio a otro y se producen cambios en la velocidad y en la dirección de propagación.

Cuando un frente de ondas choca con una superficie de separación de dos medios diferentes, parte de las ondas se reflejan, de manera que el ángulo de incidencia (respecto a la normal de la superficie de separación) es igual al ángulo de reflexión: qi = qr .

DIFRACCIÓN

Se produce cuando la onda "choca" contra un obstáculo o penetra por un agujero. La mayor difracción se produce cuando el tamaño del agujero o del obstáculo son parecidos a la longitud de onda de la onda incidente.

Estas propiedades de las ondas sirven para todas las ondas; desde las electromagnéticas (como la luz, o las ondas de radio o los rayos X) hasta las ondas de presión (sonoras) o las ondas en el agua o las producidas por los terremotos.

Al obstruir un frente de onda plano o esférico, se produce el fenómeno conocido como difracción, que consiste en la flexión de la luz alrededor de un obstáculo. El proceso por el cual se producen los efectos de difracción, aparece continuamente en la propagación de cada frente de onda, al suprimir una parte de este frente mediante algún obstáculo y se notan con mayor intensidad cuando las dimensiones del obstáculo son parecidas a las de la longitud de la onda.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

REFLEXIÓN DE LAS ONDAS

Utilizando el generador de ondas planas, coloque un obstáculo plano en la dirección de la propagación de la onda. Los pulsos incidentes golpearan la barrera frontalmente (ángulo de incidencia cero).

- Describa lo que sucede con los pulsos cuando golpean la barrera e identifique los pulsos incidentes y reflejados.

- Cambie el ángulo de incidencia de 0º a 90º. En la hoja de papel marque la dirección de propagación, la dirección de la onda reflejada y la normal a la superficie de incidencia para un ángulo de unos 45º.

- Represente el ángulo de incidencia frente al ángulo de reflexión y compruebe, mediante un ajuste lineal que qi = qr .

OBSERVACIÓN:

Para observar esta reflexión se generan primero ondas rectilíneasen una cubeta de ondas llena de agua. En la cubeta se halla una pared de reflexión; los frentes de onda no corren paralelos a dicha pared. Los haces de ondas responden a la ley de reflexión:

ángulo de incidencia = ángulo de reflexión.

Si el frente de onda rectilíneo llegare a correr paralelo a la pared de reflexión, se generarían ondas estacionarias. Cuando las ondas circulares sufren reflexión, las ondas reflejadas son también circulares. Cada uno de los haces de onda radiales es aquí, según la ley de reflexión, reflejado en la pared de reflexión.El centro de las ondas circulares reflejadas se encuentra en el punto de simetría axial del generador.

Colocamos ahora la barrera reflectora de manera que no sea paralela al pulso recto. Se muestra dos de estos pulsos, uno acercándose y otro después de haberse reflejado en la barrera. Definimos el ángulo de incidencia i y el de reflexión r como los ángulos formados por la dirección de propagación (que es normal a la cresta de la onda) de la onda incidente y la reflejada, respectivamente, con la normal a la barrera. Si se miden estos ángulos se encuentra que r = i. Esto es, el ángulo de reflexión es igual al de incidencia.

-

Reflexión de una onda plana por una barrera

DIFRACCIÓN DE LAS ONDAS (ONDAS Y OBSTÁCULOS)

Un objeto opaco colocado en la trayectoria de un haz paralelo de luz producirá una sombra definida en una pantalla colocada tras él. La sombra será del mismo tamaño que el objeto.

OBSERVACIÓN:

¿Qué sucede cuando colocamos un obstáculo en la trayectoria de una onda recta?

a) Reflexión de ondas de agua rectilíneasLas ondas de agua rectilíneas son reflejadas en la pared de reflexión. Las ondas reflejadas son también rectilíneas. La longitud de onda no varía.El ángulo entre la perpendicular y la dirección de las ondas incidentes es igual al ángulo entre la dirección de las ondas reflejadas y la perpendicular:

ángulo de incidencia α = ángulo de reflexión β

b) Reflexión de ondas circulares:Las ondas circulares son reflejadas en la pared de reflexión.Las ondas reflejadas son también circulares. El centro de las ondas circulares reflejadas se encuentra en el punto de simetría axial del generador.

En esta parte del experimento se observa un frente de onda que encuentra en su camino un obstáculo que impide su propagación en línea recta, lo cual hace que la onda se curve para seguir su camino, es decir, las ondas chocan contra el obstáculo y regresa por el mismo camino que ya había recorrido. También es posible observar la interferencia que se produce en las ondas, esto nos hace interpretar que aunque una onda sea la imagen de la otra reflejada no implica que estén exentas de la interferencia

constructiva y destructiva. Un frente de onda encuentra en su camino un obstáculo que impide su propagación en línea recta, lo cual hace que la onda se curve para seguir su camino.

Coloque un pequeño bloque pulido de parafina en el taque de ondulación a unos 10 cm del generador de ondas rectas (Fig. 1) y genere ondas periódicas de larga longitud de onda.

¿Continúan las ondas su trayectoria recta a ambos lados del bloque?

Consideremos un pulso recto que se desplaza desde la regla (el emisor de ondas planas) hacia el extremo opuesto de la cubeta. Colocamos un obstáculo paralelo a la regla en medio de la cubeta. El pulso incide sobre el obstáculo y se refleja en la dirección de donde procede, lo mismo que le ocurría a un pulso en una cuerda cuando incidía sobre un extremo fijo.

¿Puede usted deducir la presencia del bloque con solo mirar la configuración en el extremo lejano de la pantalla?

Si se puede, pero tiene que estar bien puesto para que sea notorio.

¿Produce el bloque una sombra definida y nítida?

Reflexión de ondas rectilíneas en un obstáculo recto (representación sobre una lámina)

n: perpendicular

α: ángulo de incidencia, aquí: 45°

β: ángulo de reflexión, aquí: 45°

Para obtener ondas definidas y bien nítidas, el generador debe estar muy bien pulido, asegurándose de que no halla burbujas en sus bordes, esto es para el caso de ondas a altas frecuencias. Además a altas frecuencias se ve mejor la configuración de ondas a través de un estroboscopio con todas las ranuras abiertas.

¿En qué condiciones esperaría usted que el bloque produjera una sombra nítida?

Cuando el generador esté muy bien pulido y asegurándose de que no halla burbujas en sus bordes.

Prepare dos barreras frente al generador de ondas planas como muestra la figura. Genere pulsos sencillos y observe la difracción de las ondas incidentes cuando pasan a través de la abertura. Mientras genera las ondas con frecuencia constante reduzca progresivamente el tamaño de la abertura. Describa y dibuje para tres anchos distintos de la abertura de la barrera incidente, uno pequeño, uno mediano y uno grande, que muestren la difracción de las ondas incidentes. Luego aumente la velocidad de generación de las ondas y para esta frecuencia, reduzca progresivamente el tamaño de la abertura.

Se observo que las ondas pasan a una menor longitud de onda entre las parafinas ya que la velocidad de propagación de las ondas varía.

CONCLUSIONES

Las ondas al llegar a la superficie de separación de dos medios puede ser reflejada o transmitida. La reflexión puede ser parcial o total. tambien la velocidad depende de la profundidad basta introducir una lámina de vidrio.

BIBLIOGRAFÍA

Guía del laboratorio de física, Physical Science Study Committee (PSSC),Reverté, Madrid (1972).