Cuando los rayos de luz pasan del aire al agua, se doblan, porque el índice de refracción del aire es diferente del índice de refracción del agua. En otras palabras, los rayos de luz viajan a una velocidad diferente en el aire que en el agua. La ley de Snell describe este fenómeno, proporcionando una relación matemática entre el ángulo de incidencia del rayo de luz en relación con una línea perpendicular que atraviesa el agua, los índices de refracción de ambos materiales a través de los cuales viaja la luz y el ángulo de refracción en el que la luz viaja a través del agua .
Cuanto mayor es el índice de refracción, más se dobla la luz. El agua de azúcar es más densa que el agua pura, por lo que el agua azucarada tiene un índice de refracción más alto que el agua pura. Aquí, usaremos la física de la refracción para medir el contenido de azúcar del agua.
Haga un prisma hueco a partir de portaobjetos de microscopio
Utilice epoxi para unir los bordes de cuatro portaobjetos de microscopio para hacer una prisma rectangular.
Coloque el prisma encima de un quinto portaobjetos rectangular del microscopio y pegue el prisma al portaobjetos con epoxi.
Deje que el epoxi fragüe durante la noche.
Mida el índice de refracción del agua con azúcar
Prepárese para la experimentación. Cubra una pared con papel para hacer marcas. Configure el puntero láser para que su rayo quede perpendicular a la pared. Fije el puntero láser en su lugar y revíselo periódicamente para asegurarse de que su rayo golpee consistentemente el mismo punto cuando atraviesa el aire.
Dirija el rayo láser perpendicularmente a través del prisma cuando esté vacío. Cuando el prisma está vacío, el rayo no debe desviarse. Marque el punto donde el rayo láser golpea la pared. Coloque un trozo de papel debajo del láser y marque el punto en el que el rayo entró en el prisma (los dos puntos, juntos, deben formar una línea recta)
Llene el prisma con líquido. Apunte el rayo láser a través del prisma lleno de líquido. El rayo golpeará la pared a cierta distancia de la marca original. Marque el rayo. Mida la distancia entre estos dos puntos, distancia A. Mida la distancia desde el prisma a la pared, distancia B.
Con las dos distancias que midió en el Paso 3, puede calcular el ángulo al que el haz golpear la pared - en otras palabras, su ángulo de refracción después de atravesar el prisma. Calcula este ángulo buscando la tangente inversa de (distancia A dividida por la distancia B).
Usa la ley de Snell, junto con el ángulo que calculaste en el Paso 4, para determinar el índice de refracción de tu líquido. De acuerdo con la ley de Snell, el índice relativo de refracción de dos materiales, o n2 /n1 (n2 = índice de refracción del segundo material, n1 = índice de refracción del primer material) es igual al seno del ángulo de incidencia, dividido por el seno del ángulo de refracción. Está apuntando su puntero láser perpendicularmente al prisma, por lo que su ángulo de incidencia es 90. Calculó su ángulo de refracción en el paso 4. Y finalmente, el índice de refracción del aire (n1) es 1.0003.
Crea soluciones de azúcar al 1 por ciento, 5 por ciento, 10 por ciento y 50 por ciento. Repita los pasos 3 a 5 para determinar sus índices de refracción. Grafica la concentración de azúcar versus el ángulo de refracción. Compare sus índices de refracción para concentraciones conocidas con el índice de refracción que calculó en el Paso 5. Calcule la concentración de azúcar para su solución desconocida.
Advertencia
Incluso los láseres de potencia mínima pueden causar ojo dañar. Familiarícese con el uso seguro del láser antes de intentar este experimento.
