This document describes an experiment to determine the refractive index of various substances including glycerin, water, and sugar water. It provides background on the laws of reflection and refraction. The procedure involves measuring the angles of incident, reflected, and refracted light rays when a laser passes from air into each substance using an optical bench. Angular measurements are recorded in tables and used to calculate the refractive index via graphing and linear regression. Errors in the experimental refractive indices and light speeds are also calculated based on literature values. The goal is to experimentally study light refraction when passing between media with different optical densities.

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“Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz”
1
REFLEXION Y REFRACCION DE LA LUZ
AUTORES:
BRAYAN ARTURO VILLAMIZAR QUINTANA – CÓDIGO 1094370776
KONNERTH DAMIÁN CARO BOHÓRQUEZ – CÓDIGO 1090522570
YURANY MARCELA QUIROZ PACHECO –CÓDIGO 1090484072
OSCAR CÁCERES – CÓDIGO 1093790583
DEYSI DANIELA RINCON TORRES – CODIGO 1090517223
GRUPO 5- ER
DOCENTE
LUZ DARY MORANTES
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA / SEDE VILLA DEL ROSARIO
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS
CUCUTA- NORTE DE SANTANDER, COLOMBIA
26 NOVIEMBRE DE 2021

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Objetivos:
Estudiar de forma experimental el fenómeno de refracción de la luz cuando está atraviesa dos
medios de propiedades diferentes.
Asociar el cambio en el índice de refracción con cambio en las propiedades como densidad óptica
de las sustancias, para una frecuencia fija.
Marco Teórico
Cuando una onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de dos medios con
densidad óptica diferente, se producen dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de
partida, onda reflejada, y otra que atraviesa la superficie límite y se propaga en el segundo medio,
onda refractada. El primer fenómeno se denomina reflexión y el segundo recibe el nombre de
refracción.
Figura 1. Trayectoria de un rayo en un medio cuyo índice de refracción varía
continuamente con la profundidad.

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LEYES DE LA REFLEXIÓN
1. Cada rayo, el de la onda incidente y el rayo correspondiente de la onda reflejada están contenidos
en un mismo plano, que es perpendicular a la superficie de separación entre los dos medios en el
punto de incidencia.
2. Los ángulos que forman el rayo incidente y el rayo reflejado con la recta perpendicular a la
frontera (Normal) son iguales. Estos ángulos se conocen, respectivamente, como ángulo de
incidencia y ángulo de reflexión. Es decir:
θi = θR
LEYES DE REFRACCIÓN
El cambio en la dirección de los rayos luminosos cuando atraviesan una superficie de separación
entre dos medios se conoce con el nombre de refracción. En términos simples, el fenómeno de la
refracción se rige por dos leyes principales:
1. El rayo de la onda incidente y el rayo de la onda refractada forman un plano que es perpendicular
a la superficie de separación entre los medios en el punto de incidencia.
2. El ángulo que forma el rayo refractado con la normal, llamado ángulo de refracción, está
relacionado con el ángulo de incidencia por una fórmula denominada ley de Snell, en honor a su
descubridor, el físico neerlandés Willebrord Snel (1580‐1626). Expresada matemáticamente, esta
ley indica que:
𝑛1sin𝜃𝑖=𝑛2sin𝜃𝑅

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Donde 𝑛1 𝑦 𝑛2, son los índices de refracción de los dos medios separados y 𝜃𝑅̀ es el ángulo de
refracción. El índice de refracción de un medio se calcula por el cociente de la velocidad de la luz
en el vacío y la velocidad de la luz en ese medio:
n =
C
φ
Estas leyes se esquematizan en la Figura 2. En esta práctica se determinará de forma experimental
el índice de refracción de diferentes sustancias, a través del trazado de los rayos incidente, reflejado
y refractado en una superficie plano circular. A fin de tener una única refracción, se utiliza un
recipiente contendor de las diferentes sustancias con una forma plano circular, ver Figura 3, para
garantizar que el rayo refractado desde la superficie plana incida de forma normal en la superficie
circular sin sufrir una segunda refracción.

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Figura 2. Representación de los rayos en el plano de incidencia.
Figura 3. Recipiente plano circular que contiene las diferentes sustancias.
Preguntas de control
1. Investigar los índices de refracción del aire, del agua, de la glicerina y de
otras cinco sustancias.

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2. Investigar la velocidad de la luz en el vacío y en los medios que consulto en
el punto anterior.
La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal con el valor de 299 792 458
m/s (186 282,397 mi/s),23
aunque suele aproximarse a 3·108
m/s.
En el punto anterior se consultó en el libro de Cengel Termodinámica 7ma Edición
3. Explique el concepto de rayo desde el punto de vista de la óptica.
El rayo de luz es un fenómeno ondulatorio que se propaga en medio muy sutil que todo lo
llena: el ´éter. Considera la luz como ondas longitudinales. La propagación del rayo de luz
se explica mediante el principio de Huygens y a diferencia del modelo corpuscular, la
energía se distribuye uniformemente por todo el frente de onda. Este modelo explica
satisfactoriamente los fenómenos de reflexión y refracción de la luz usando el principio de
Huygens.
4. ¿Consulte qué es el ángulo crítico y enuncie dicho valor para cinco
materiales?
Cuando la luz pasa de un material con mayor índice de refracción a un medio con menor índice,
existe un ángulo crítico en el que la onda refractada (verde en la imagen) tiene un ángulo
de 90º respecto a la normal (línea negra discontinua). Este es un punto límite, porque ni se
produce reflexión ni se produce refracción, la onda viajaría entre ambas superficies, sin salir de
una, ni penetrar en la otra

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Unos ejemplos de ángulo critico serian: La fibra óptica, el vidrio, el agua, él diamante, el silicio,
etc…
5. ¿Qué es el ángulo de Brewster?
La relación de ondas de luz que establece que el máximo La (vibración en un solo plano)
de un rayo de luz se puede lograr dejando que el rayo caiga sobre una superficie de un
medio transparente de tal manera que el rayo refractado forme un ángulo de 90 ° con
el rayo reflejado . La ley lleva el nombre de un físico escocés, Sir, quien lo propuso por
primera vez en 1811.
Procedimiento:
Primera parte: cálculo de los ángulos de reflexión y refracción para: aire-agua,
aire-glicerina, aire-agua azúcar.

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1. Ubique el recipiente plano‐circular de acrílico con glicerina, de tal forma que
el centro de la cara plana coincida con la mitad del goniómetro.
2. Haga incidir el puntero láser en el punto central de la cara plana del acrílico,
formando un ángulo de 10º con respecto a la normal, es decir 𝜃𝑖 = 10°. Ver
figura 2 y 3.
3. Observe e identifique los rayos reflejado y refractado (puede utilizar un carnet
para visualizar mejor la ubicación de dichos ángulos, colocándolo donde sale
el rayo incidente y el reflejado), que se generan a partir del rayo incidente, y
registre los ángulos de reflexión y refracción en la tabla 1.
4. Repita el procedimiento para ángulos de: 20º, 30º, 40º, 50º, 60º, 70°, 80º.Registre los ángulos
en la tabla 1.

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Aire - Glicerina
Angulo incidente Angulo de reflexión Angulo de refracción
10° 15 0.9
20° 23 14
30° 31 20
40° 44 26
50° 51 31
60° 65 34
70° 75 40
80° 81 44
Tabla 1: Refracción Aire-Glicerina
5. Tome el otro recipiente plano-circular de acrílico vacío y llénelo con agua.
6. Proceda a realizar el procedimiento evidenciado en los pasos del 1 al 4 hasta
que llene la tabla 2.
Aire - Glicerina
Angulo incidente Angulo de reflexión Angulo de refracción
10° 13 10
20° 21 13
30° 30 21
40° 45 25
50° 52 32
60° 62 33
70° 77 39
80° 79 46
Tabla 2: Refracción Aire- Agua

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7. Adicione los gramos de azúcar al recipiente de acrílico con agua, hasta que
se disuelva totalmente el azúcar y repita el mismo experimento hasta que
complete la tabla 3.
Aire - Glicerina
Angulo incidente Angulo de reflexión Angulo de refracción
10° 15 0.8
20° 22 13
30° 32 22
40° 43 24
50° 52 30
60° 64 32
70° 73 41
80° 80 45
Tabla 3: Refracción Aire-Agua con azúcar

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Análisis de datos
1. A los datos tomados para los ángulos de incidencia "𝜽𝒊" y los ángulos de
refracción "𝜽𝑹" de las tablas 1, 2 y 3, obtenga el valor de la función seno para
cada uno de ellos y regístrelos en las tablas 4, 5 y 6 respectivamente.
2. Realice el grafico de: sin (𝜃𝑖) 𝑉𝑠 sin (𝜃𝑅), para las tablas 4, 5 y 6, tomando
sin (𝜃𝑖) como la ordenada y sin (𝜃𝑅) como la abscisa.
3. Utilizando regresión lineal determine el valor del índice de refracción de la
glicerina, del agua y del agua con azúcar y regístrelos en las tablas 4, 5 y 6.
4. Calcule el error porcentual de los índices de refracción para la glicerina y el
agua, haciendo uso de la ecuación , tome como valor teórico el consultado
en la pregunta de control uno y el valor experimental el obtenido por regresión
lineal y regístrelo en la tabla 7.
%𝐸 = |𝑉𝑒𝑥𝑝 − 𝑉𝑡𝑒𝑜𝑉𝑡𝑒𝑜| × 100%
5. Calcule la velocidad de la luz en los tres medios utilizados en el laboratorio,
para ello utilice la ecuación 6.3 y los índices de refracción obtenidos por
regresión lineal
6. Calcule el error porcentual de las velocidades en el agua y en la glicerina,
tomando como valor experimental el obtenido en el punto anterior y como
valor teórico el consultado en la pregunta de control número dos y regístrelo
en la tabla 7.

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Seno del Angulo
incidente 𝐬𝐞𝐧 (𝜽𝒊)
Seno del Angulo de
refracción 𝐬𝐞𝐧 (𝜽𝑹)
0,1736 0,7833
0,3420 0,2419
0,5000 0,3420
0,6428 0,4384
0,7660 0,5150
0,8660 0,5592
0,9397 0,6428
Índice de refracción
de la glicerina por
refracción lineal 28,5334
Tabla 4. 𝐬𝐢𝐧(𝜽𝒊) 𝒚 𝐬𝐢𝐧(𝜽𝑹) para el Aire – Glicerina
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.7173 0.225 0.3746 0.4067 0.5 0.5299 0.6561

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Seno del Angulo
incidente 𝐬𝐞𝐧 (𝜽𝒊)
Seno del Angulo de
refracción 𝐬𝐞𝐧 (𝜽𝑹)
0,1736 0,1736
0,3420 0,2250
0,5000 0,3584
0,6428 0,4226
0,7660 0,5299
0,8660 0,5446
0,9397 0,6293
Índice de refracción
del agua por
regresión lineal
31,4436
Tabla 5. 𝐬𝐢𝐧(𝜽𝒊) 𝒚 𝐬𝐢𝐧(𝜽𝑹) para el Aire – Agua.

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Seno del Angulo
incidente 𝐬𝐞𝐧 (𝜽𝒊)
Seno del Angulo de
refracción 𝐬𝐞𝐧 (𝜽𝑹)
0,1736 0,7173
0,3420 0,2250
0,5000 0,3746
0,6428 0,4067
0,7660 0,5000
0,8660 0,5299
0,9397 0,6561
Índice de refracción
de agua con azúcar
por regresión lineal
28,4993
Tabla 6. 𝐬𝐢𝐧(𝜽𝒊) 𝒚 𝐬𝐢𝐧(𝜽𝑹) para el Aire – Agua con azúcar.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.7173 0.225 0.3746 0.4067 0.5 0.5299 0.6561

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0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.7173 0.225 0.3746 0.4067 0.5 0.5299 0.6561

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Índice de refracción
del agua valor
teórico
Índice de refracción
del agua valor
experimental
% Error
1,333 31,44 22,58
Índice de refracción
de la glicerina valor
teórico
Índice de refracción
de la glicerina valor
experimental
%Error
1,473 28,53 18,37
Velocidad de la luz
en el agua valor
teórico
Velocidad de la luz
en el agua valor
experimental
%Error
224.900.568,6 m/s 9.534.291,811 m/s -0,9576
Velocidad de la luz
en la glicerina valor
teórico
Velocidad de la luz
en la glicerina valor
experimental
%Error
203.525.090 m/s 100.506.720,47 m/s -0,9483

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Conclusiones
 Cuando determinamos los índices de refracción estos valores están sujetos al valor del
grado refractado conocido como el incidente medido
 La velocidad de un rayo depende del índice de refracción medido y usado para calcular la
formula
 El fenómeno de reflexión puede ser alterado cambiando la forma de los rayos que se reflejan
y del tipo de reflector que se use
Bibliografía:
 Alonso, M. y Finn, E. J., Física, vol. I y II, Edición Revisada y Aumentada,
Mecánica, Fondo Educativo Interamericano, 1967, Reimpresión 1998
(Texto Guía).
 Sears, F., Zemansky., Young G. y Freedman, R. Física Universitaria, vol.
I 9ª Ed. Addison-Weslet Longman, México, 1999.
 Halliday, R., Resnick, D. y Krane, K. S. Física, vol. I 5ª ed., Compañía
Editorial Continental, S.A. México, 1994.
 Serway, Raymond. A., Física, Tomo 1, 5ª ed. McGraw-Hill, Bogotá, 1999.
 Guerrero, Alicia., Oscilaciones y Ondas. Colección nota de clase,
Editorial Universidad Nacional de Colombia, (2005 primera edición, 2008
reimpresión).
 Crawford, Jr., Ondas, Berkeley Physics Course. Editorial Reverte,
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 Hecht, E. and Zajac, A., Óptica. Editorial Addison-Wesley, tercera
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 Giancoli, Douglas c. física para ciencias e ingeniería. Cuarta edición.
Pearson educación, México, 2008. Vol. I y II.
 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/phyopt/totint.html