Un prisma desvía la luz: ángulo de desviación
1 · Predecir
La luz que entra en un prisma de vidrio se dobla (refracta) en cada cara y emerge desviada de su dirección original. ¿Cambiar el ángulo de incidencia en la primera cara siempre cambia la desviación total en la misma dirección?
- La desviación siempre aumenta a medida que aumenta el ángulo de incidencia.
- No: la desviación en realidad tiene un mínimo en algún ángulo de incidencia específico, no una simple tendencia creciente o decreciente.
- La desviación siempre disminuye a medida que aumenta el ángulo de incidencia.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido de prisma de luz blanca y presione Restablecer. Este prisma de vidrio corona tiene un ángulo de vértice A = 60°, índice n = 1.5.
- Habilite la lectura de desviación total.
- Establezca el ángulo de incidencia en la primera cara para cada prueba y registre la desviación total.
3 · Recopilar datos
| Ángulo de incidencia θ₁ (°) | Desviación total δ (°) |
|---|---|
| 38.00 | |
| 48.00 | |
| 58.00 |
Trace la desviación δ (eje y) contra el ángulo de incidencia θ₁ (eje x) para sus tres ensayos. ¿δ cae a un mínimo en algún punto intermedio?
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell en la primera cara), θ₃ = A − θ₂ (geometría del prisma), θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell en la segunda cara), luego δ = θ₁ + θ₄ − A. Compare con la tabla.
- Explique por qué la desviación no es una simple función monótona del ángulo de incidencia: la geometría del prisma (doblarse en DOS caras) crea un mínimo genuino en el ángulo de paso simétrico, explorado directamente en el experimento de desviación mínima.
5 · Ampliar
- La luz blanca contiene muchas longitudes de onda, cada una con un índice de refracción (dispersión) ligeramente diferente, por lo que cada color se desvía en una cantidad ligeramente diferente, avivando la luz blanca hacia un espectro visible. Este experimento utiliza un único índice representativo; La luz blanca real se extiende formando un arco iris.
- Un arco iris se forma a partir de la luz solar que se refracta y se refleja internamente dentro de las gotas de lluvia esféricas: una geometría más compleja que este prisma de cara plana, pero impulsada exactamente por el mismo principio de refracción (dispersión) dependiente de la longitud de onda.
La física detrás de este experimento
Desviación del prisma
Un rayo que pasa a través de un prisma se refracta en ambas caras. La desviación total combina ambas curvaturas y el propio ángulo del vértice del prisma: δ = θ₁ + θ₄ − A, donde θ₂ y θ₄ provienen de la ley de Snell en cada cara.
Óptica
- Lente convergente: imágenes reales más allá de 2f
- El punto focal: donde las imágenes escapan al infinito
- Una lente como lupa
- Una lente divergente: siempre virtual, siempre reducida
- Un espejo cóncavo: imágenes reales como una lente convergente
- Un espejo convexo: siempre una imagen virtual reducida
- El espejo plano: un caso especial e invariante
- Profundidad aparente: por qué una piscina parece menos profunda de lo que es
- Reflexión interna total: el ángulo crítico
- Un relevo de dos lentes: encadenando imágenes
- El microscopio compuesto: dos lentes para gran aumento
- Una ampliadora fotográfica: dos lentes para una imagen real y más grande