Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica.

Laboratorio Física del I.E.S. Ibáñez Martín

 

APARATO DE SILBERMAN

COLECCIÓN

Óptica

FUNDAMENTO    Refracción-Ganot  En este apartado veremos como trata el libro de Adolfo Ganot la refracción.

FUNDAMENTO REFLEXIÓN

Cuando las ondas de luz inciden sobre una superficie plana, se generan nuevas ondas que se mueven alejándose de la barrera. Esto se conoce como reflexión. Entre dos medios diferentes, parte de la energía se refleja, parte se transmite. Según la figura el ángulo incidente (Ai) es igual ángulo reflejado (Ar).  Ai=Ar

Índice de refracción n, como el cociente entre la v. luz (c=3·108m/s) y la velocidad de la luz en el medio v:    n=c/v

FUNDAMENTO REFRACCIÓN

Leyes de la refracción (o de Snell) para todas las ondas electromagnéticas

1ª El rayo incidente, el reflejado, el refractado y la normal a la superficie de separación de los medios están en un mismo plano, (p. de incidencia)

2ª  Los ángulos de incidencia (Ai) y de reflexión (Ar) son iguales

3ª  El seno del ángulo de incidencia (Ai) y del ángulo de refracción (A2) están en una relación constante: ni·sen(Ai)=n2·sen(A2) donde n es el índice de refracción del segundo medio.

FUNDAMENTO REFRACCIÓN Ángulo crítico

Si poco a poco aumentamos el ángulo de incidencia, también crece el ángulo de refracción hasta un valor que es al ángulo de incidencia crítico Ac para el cual el ángulo de refracción es 90º. Para ángulos mayores de incidencia no existe rayo refractado. Es lo que se llama reflexión total interna. sen Ac=n2/n1.

FUNCIONAMIENTO

Era un aparato empleado para demostrar las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz, así como la relación que existe entre los senos del ángulo de incidencia y de reflexión.

Se compone de un círculo vertical graduado colocado sobre una base de madera con tres pies de rosca. Sobre el centro del diámetro horizontal del círculo y perpendicular al mismo se coloca un espejo plano de metal o vidrio. El círculo tiene el cero situado en el extremo superior del diámetro vertical aumentando a ambos lados hasta 90º. Dos alidadas sostienen dos plaquitas perforadas. Haciendo penetrar un rayo de luz solar por una de ellas, este viaja paralelo al plano hasta chocar con el espejo situado en el centro, es preciso entonces desplazar la otra hasta una posición adecuada para percibir el rayo reflejado en el espejo, observándose que el ángulo que marca la 1ª alidada (ángulo de incidencia) resulta igual al que marca la 2ª(ángulo de reflexión).

EXPERIMENTO

Experimento de la pajita: Si en un vaso de agua introducimos el mango de una pluma, parece que éste se quiebra y que la parte sumergida del mismo cambia de dirección. Esto es debido a que los rayos luminosos que entran en el agua cambian algo de dirección, acercándose a la perpendicular que podemos suponer pasa por el punto en que el rayo luminoso toca a la superficie del agua. Los rayos que salen del agua se comportan de manera opuesta, es decir, se apartan de la dirección de la normal. Si echamos una moneda sobre el fondo de una vasija con agua, moneda y fondo de vasija nos parecen más cerca de la superficie de lo que están.

Comprobación de la Ley  de la refracción. Dibujamos en una plancha y dibujamos en ella un diámetro y una circunferencia. La sumergimos hasta la mitad en una jofaina de manera que el diámetro marcado coincida con la superficie libre del agua. Previamente en un punto de la semicircunferencia hundida en el agua se habrá pintado un pequeño círculo en rojo o en azul. Luego observamos dónde debemos marcar otro circulito en la semicircunferencia que quede fuera del agua, para que veamos en línea recta, del circulito de color, hundido, el centro de la circunferencia y este circulito que habremos marcado en la parte exterior. Cuando saquemos la plancha del agua, veremos que la distancia de cada circulito al diámetro de la circunferencia de la plancha no son iguales: uno es la abertura del ángulo incidente y otro, la del ángulo refractado. Medimos y comparamos. En la siguiente tabla vemos posibles valores.

VALORES

Ai incidente 10 20 30 40 50 60 70 80
A2 refractado 9 16 24 31 35 41 45 50

Ajustamos los grados indicados para el ángulo incidente. Los resultados de los ángulos medidos para el agua son los indicados para A2. Por tanto n=1,34 para el agua.  (sen(Ai)=n·sen(A2) )

EXPERIENCIA DE CLEOMEDES

Colocamos en un cubo totalmente opaco una piedrecita. Nos situamos justo en el límite de la posición en la que no vemos la piedrecita. Si se llena poco a poco el cubo, llega un momento en que se la puede ver. Cleomedes dedujo que los rayos reflejados de la moneda cambiaban de dirección.

APLICACIONES

Los rayos de luz entran en las gotas en el primario y se reflejan internamente una sola vez antes de salir de la gota. El arco secundario ocurre porque la luz experimenta dos reflexiones internas antes de salir. Un arco iris primario es rojo en el lado exterior; los colores de un arco iris secundario están invertidos.

En el interior de un tubo de fibra óptica la luz incide  con un ángulo mayor que el ángulo crítico para que no se pierda energía luminosa por refracción.

Reflexión aparente del cielo en caluroso desierto.

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 1871.

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. Sexta edición. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886

PLA CARGOL, JOAQUÍN, Prácticas elementales de Física y Química. 2ª ed. Dalmau Carles. Madrid 1942.

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