Relazione di fisica sulla riflessione e rifrazione

Materie:Altro
Categoria:Fisica
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Testo

Nome: Stefano Cognome: Campanile Classe: 2aG
Obiettivo dell’esperimento:
1. Verificare che l’angolo d’incidenza e l’angolo di rifrazione siano congruenti nel’ambito della riflessione della luce
2. Calcolare l’indice di rifrazione relativo (n)
3. Calcolare l’angolo limite con il metodo algebrico, e poi confrontarlo con il valore teorico.
4. Calcolare la distanza focale di una lente biconvessa
5. Calcolare la distanza focale di una lente biconcava
6. Calcolare la distanza (d)
7. Individuare cosa accade quando un raggio luminoso si dirige perpendicolarmente all’ipotenusa di un triangolo rettangolo isoscele
Procedimento:
1. Abbiamo preso uno specchio, vi abbiamo puntato una luce molto sottile, abbiamo tracciato la perpendicolare allo specchio passante per il punto di contatto tra luce e vetro, abbiamo misurato l’angolo composto dal raggio e la perpendicolare (angolo di incidenza), e l’angolo che risultava tra il raggio riflesso e la perpendicolare(angolo di rifrazione); abbiamo ripetuto l’esperimento diverse volte con un angolo di incidenza differente e abbiamo riportato i dati in una tabella.
2. Abbiamo preso una semicirconferenza di plexiglass e vi abbiamo puntato contro una luce nel centro geometrico facendo in modo che il raggio luminoso non subisse variazioni una volta uscito dal plexiglass. Abbiamo tracciato la perpendicolare passante per il centro e abbiamo calcolato l’angolo di incidenza con la perpendicolare e l’angolo di rifrazione, abbiamo ripetuto diverse volte l’esperimento variando l’angolo di incidenza, e abbiamo riportato i dati in una tabella.
3. Abbiamo preso la stessa figura geometrica dell’esperimento 2 in modo però che il raggio entrasse nell’oggetto dalla superficie curva facendolo coincidere con il centro geometrico cosicché non subisse variazioni una volta entrato nel materiale. Abbiamo tracciato la perpendicolare all’oggetto passante per il centro, abbiamo rilevato l’ampiezza dell’angolo di incidenza, e del suo rispettivo angolo di rifrazione. Abbiamo variato l’angolo d’incidenza finché il suo rispettivo angolo di rifrazione non misurasse 90°, e abbiamo riportato i dati in una tabella.
4. Abbiamo preso una lente convergente, vi abbiamo puntato un raggio luminoso, e abbiamo tracciato con una matita la sua luce uscente dalla lente. Abbiamo ripetuto questo procedimento diverse volte sempre con raggi luminosi paralleli e perpendicolari all’asse di simmetria dell’oggetto. Successivamente abbiamo individualizzato il punto di incontro dei raggi, detto fuoco, e abbiamo calcolato la sua distanza con il centro di simmetria della figura (distanza focale)
5. Abbiamo preso una lente divergente, abbiamo seguito lo stesso procedimento dell’esperimento 4 ma abbiamo tracciato i prolungamenti dei raggi uscenti dalla lente, calcolando il fuoco e la distanza focale
6. Abbiamo preso un parallelepipedo sempre di plexiglass, vi abbiamo puntato un raggio luminoso notando che il raggio in uscita era traslato rispetto al raggio iniziale, abbiamo variato l’angolo d’incidenza e abbiamo annotato la distanza (d) tra i due raggi
7. Abbiamo preso un triangolo rettangolo isoscele di spessore ignoto e vi abbiamo puntato un raggio luminoso perpendicolare alla sua ipotenusa.
Dati sperimentali ottenuti:
1. Esperimento sulla riflessione
Angolo di incidenza
Angolo di rifrazione
10°
10°
20°
20°
30°
30°
40°
40°
50°
50°

2. Rifrazione. Esperimento 2
Angolo di incidenza
Angolo di rifrazione
Sin(i)
Sin(r)
Indice di rifrazione relativo(n)
Indice di rifrazione relativo medio(nm)
10°

0.17
0.12
1.41
1.51
15°
10°
0.25
0.17
1.47
20°
13°
0.34
0.22
1.54
25°
16°
0.42
0.27
1.55
30°
19°
0.50
0.32
1.56
31°
20°
0.51
0,34
1.50
35°
22°
0.57
0.37
1.54
40°
25°
0.64
0.42
1.52
45°
28°
0.70
0.46
1.52

3. Rifrazione. Esperimento 3

Angolo di incidenza
Angolo di rifrazione
Angolo limite(teorico)
Indice di rifrazione relativo medio (nm)
calcolo dell'angolo limite con il metodo algebrico
10°
16°
43°
1/n
41,47°
15°
25°
20°
32°
22°
36°
25°
42°
30°
51°
35°
63°
38°
71°

4. Lente convergente biconvessa. Distanza focale = 4,6cm
5. Lente divergente biconcava. Distanza focale = 3,7cm
6. Rifrazione della luce attraverso un parallelepipedo di plexiglas.
Distanza tra i due raggi (d) cm
Calcolo di (d) mediante il calcolo algebrico. (cm)
Calcolo di PQ (cm)
30°
0,50
40°
0,60
50°
0,80
60°
1,10
65°
1,30
80°
1,60
1,95
3,06
n.b.: PQ e d algebrico sono stati calcolati tenendo conto dell'ultimo valore riportato nella tabella.

7. Rifrazione della luce attraverso un rettangolo di plexiglas.

Elaborazione dei dati sperimentali:
2)
Vedi tabella n°2 n è l’indice di rifrazione relativa e varia di materiale in materiale, per il plexiglas il valore medio è di circa 1,51
3) il= Sin-1 ( 1/n m ) dove il è l’angolo limite e n M è la costante di rifrazione relativa media che ho già calcolato nell’esperimento 2
Il risultato dell’angolo limite è di circa 41,47
6)
d i

P
r
r S
Q
i
Con questo esperimento calcolo d d= (s/cos r) sin( i-r ) per calcolare d, ho bisogno del seno di r da cui ricaverò l’angolo r Sin r =( sin i /n)
Per questo calcolo uso l’angolo di incidenza maggiore e l’indice di rifrazione medio. Sin r= ( sin 80/1,51)=0,65
R= Sin-1 Sin r=40,54 Adesso posso calcolare d. d=(2/0,65) Sin( 80°-40.54°)=1,95cm
D è uguale a PQ* Sin( i-r ) Applicando la formula inversa trovo PQ
PQ= d/Sin( i-r ) = 1,95/Sin( 80°-40,54°)= 3,06cm
Conclusione:
Nel primo esperimento abbiamo potuto notare che un raggio di luce cadendo su un corpo lucido viene rimandato in una sola direzione( raggio riflesso). Abbiamo inoltre verificato che l’angolo di incidenza e l’angolo di rifrazione sono uguali e che il raggio incidente e il raggio riflesso giacciono nello stesso piano con la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto d’incidenza.
2)
La rifrazione è invece un fenomeno che si verifica ogni volta che la luce passa da un mezzo a un altro dotato di proprietà fisico-chimiche diverse (leggi: più o meno denso). Ogni mezzo di propagazione è caratterizzato da un indice di rifrazione, indicato con n e che, salvo casi del tutto particolari, aumenta all'aumentare della densità del mezzo stesso; l'aria, per esempio, possiede un n poco superiore a 1 (per definizione 1 è l'n del vuoto), l'acqua ce l'ha uguale a 1.33, il vetro tra 1.4 – per quelli meno dispersivi – a 1.7; nel diamante, la sostanza più dispersiva nota in natura, n è addirittura superiore a 2.4.
Con il secondo esperimento ci siamo preoccupati di calcolare l’indice di rifrazione
Relativo del materiale che stavamo usando. Per far questo abbiamo calcolato il quoziente tra il seno dell’angolo d’incidenza e il seno dell’angolo di rifrazione, successivamente ho fatto la media dei risultati e sono giunto a questo dato nm=1,51

3) Si osservi ora il comportamento dei raggi provenienti da una sorgente S (fig. 01), che colpiscono la superficie di separazione. Per i raggi A,B,C è presente sia il raggio rifratto sia un debole raggio riflesso; nel caso particolare C però l’angolo di incidenza è tale che il raggio rifratto è radente alla superficie di separazione. Questo particolare angolo è definito angolo limite.
Se l’angolo del raggio incidente è superiore all’angolo limite, il raggio rifratto manca completamente e si ha soltanto il raggio riflesso, che contiene tutta l’energia del raggio incidente: questo fenomeno prende il nome riflessione totale. (Fig. 01)
Ricollegandoci all’esperimento n° 7 possiamo dedurre che l’angolo limite non può superare i 45° Prendendo in considerazione un triangolo rettangolo isoscele notiamo che se puntiamo un raggio di luce perpendicolare all’ipotenusa, esso ritorna indietro solo un po’ più spostato e sempre parallelo al raggio di partenza. In questo caso non avviene la sua fuoriuscita ma ritorna all’esterno con direzione opposta al raggio di partenza.

4)
5) Come nell’esperimento n° 4 abbiamo calcolato la distanza focale ma di una lente divergente biconcava. Divergente perché il fascio di rette diverge in modo che i prolungamenti dei raggi emergenti s’incontrano in un punto F. La distanza focale era di circa 3,7cm

6) Nell’esperimento n°6 abbiamo potuto costatare che un raggio puntato obliquamente su un parallelepipedo di plexiglass (nel nostro caso) una volta entrato nel materiale subisce un’inclinazione diversa per poi uscire sempre parallelo al raggio prima dell’entrata nel parallelepipedo, ma traslato di una certa distanza (d) che abbiamo calcolato prima manualmente, e poi algebricamente. Questo valore calcolato con la formula riportata nell’elaborazione dei calcoli è di circa 1,95cm
Possiamo dedurre che l’errore dovrà essere abbastanza elevato poiché la misura prelevata da noi era di 1,60cm, infatti, una delle nostre maggiori difficoltà è stata quella di raccogliere dati precisi poiché i nostri mezzi lo impedivano.
Nome: Stefano Cognome: Campanile Classe: 2aG
Obiettivo dell’esperimento:
1. Verificare che l’angolo d’incidenza e l’angolo di rifrazione siano congruenti nel’ambito della riflessione della luce
2. Calcolare l’indice di rifrazione relativo (n)
3. Calcolare l’angolo limite con il metodo algebrico, e poi confrontarlo con il valore teorico.
4. Calcolare la distanza focale di una lente biconvessa
5. Calcolare la distanza focale di una lente biconcava
6. Calcolare la distanza (d)
7. Individuare cosa accade quando un raggio luminoso si dirige perpendicolarmente all’ipotenusa di un triangolo rettangolo isoscele
Procedimento:
1. Abbiamo preso uno specchio, vi abbiamo puntato una luce molto sottile, abbiamo tracciato la perpendicolare allo specchio passante per il punto di contatto tra luce e vetro, abbiamo misurato l’angolo composto dal raggio e la perpendicolare (angolo di incidenza), e l’angolo che risultava tra il raggio riflesso e la perpendicolare(angolo di rifrazione); abbiamo ripetuto l’esperimento diverse volte con un angolo di incidenza differente e abbiamo riportato i dati in una tabella.
2. Abbiamo preso una semicirconferenza di plexiglass e vi abbiamo puntato contro una luce nel centro geometrico facendo in modo che il raggio luminoso non subisse variazioni una volta uscito dal plexiglass. Abbiamo tracciato la perpendicolare passante per il centro e abbiamo calcolato l’angolo di incidenza con la perpendicolare e l’angolo di rifrazione, abbiamo ripetuto diverse volte l’esperimento variando l’angolo di incidenza, e abbiamo riportato i dati in una tabella.
3. Abbiamo preso la stessa figura geometrica dell’esperimento 2 in modo però che il raggio entrasse nell’oggetto dalla superficie curva facendolo coincidere con il centro geometrico cosicché non subisse variazioni una volta entrato nel materiale. Abbiamo tracciato la perpendicolare all’oggetto passante per il centro, abbiamo rilevato l’ampiezza dell’angolo di incidenza, e del suo rispettivo angolo di rifrazione. Abbiamo variato l’angolo d’incidenza finché il suo rispettivo angolo di rifrazione non misurasse 90°, e abbiamo riportato i dati in una tabella.
4. Abbiamo preso una lente convergente, vi abbiamo puntato un raggio luminoso, e abbiamo tracciato con una matita la sua luce uscente dalla lente. Abbiamo ripetuto questo procedimento diverse volte sempre con raggi luminosi paralleli e perpendicolari all’asse di simmetria dell’oggetto. Successivamente abbiamo individualizzato il punto di incontro dei raggi, detto fuoco, e abbiamo calcolato la sua distanza con il centro di simmetria della figura (distanza focale)
5. Abbiamo preso una lente divergente, abbiamo seguito lo stesso procedimento dell’esperimento 4 ma abbiamo tracciato i prolungamenti dei raggi uscenti dalla lente, calcolando il fuoco e la distanza focale
6. Abbiamo preso un parallelepipedo sempre di plexiglass, vi abbiamo puntato un raggio luminoso notando che il raggio in uscita era traslato rispetto al raggio iniziale, abbiamo variato l’angolo d’incidenza e abbiamo annotato la distanza (d) tra i due raggi
7. Abbiamo preso un triangolo rettangolo isoscele di spessore ignoto e vi abbiamo puntato un raggio luminoso perpendicolare alla sua ipotenusa.
Dati sperimentali ottenuti:
1. Esperimento sulla riflessione
Angolo di incidenza
Angolo di rifrazione
10°
10°
20°
20°
30°
30°
40°
40°
50°
50°

2. Rifrazione. Esperimento 2
Angolo di incidenza
Angolo di rifrazione
Sin(i)
Sin(r)
Indice di rifrazione relativo(n)
Indice di rifrazione relativo medio(nm)
10°

0.17
0.12
1.41
1.51
15°
10°
0.25
0.17
1.47
20°
13°
0.34
0.22
1.54
25°
16°
0.42
0.27
1.55
30°
19°
0.50
0.32
1.56
31°
20°
0.51
0,34
1.50
35°
22°
0.57
0.37
1.54
40°
25°
0.64
0.42
1.52
45°
28°
0.70
0.46
1.52

3. Rifrazione. Esperimento 3

Angolo di incidenza
Angolo di rifrazione
Angolo limite(teorico)
Indice di rifrazione relativo medio (nm)
calcolo dell'angolo limite con il metodo algebrico
10°
16°
43°
1/n
41,47°
15°
25°
20°
32°
22°
36°
25°
42°
30°
51°
35°
63°
38°
71°

4. Lente convergente biconvessa. Distanza focale = 4,6cm
5. Lente divergente biconcava. Distanza focale = 3,7cm
6. Rifrazione della luce attraverso un parallelepipedo di plexiglas.
Distanza tra i due raggi (d) cm
Calcolo di (d) mediante il calcolo algebrico. (cm)
Calcolo di PQ (cm)
30°
0,50
40°
0,60
50°
0,80
60°
1,10
65°
1,30
80°
1,60
1,95
3,06
n.b.: PQ e d algebrico sono stati calcolati tenendo conto dell'ultimo valore riportato nella tabella.

7. Rifrazione della luce attraverso un rettangolo di plexiglas.

Elaborazione dei dati sperimentali:
2)
Vedi tabella n°2 n è l’indice di rifrazione relativa e varia di materiale in materiale, per il plexiglas il valore medio è di circa 1,51
3) il= Sin-1 ( 1/n m ) dove il è l’angolo limite e n M è la costante di rifrazione relativa media che ho già calcolato nell’esperimento 2
Il risultato dell’angolo limite è di circa 41,47
6)
d i

P
r
r S
Q
i
Con questo esperimento calcolo d d= (s/cos r) sin( i-r ) per calcolare d, ho bisogno del seno di r da cui ricaverò l’angolo r Sin r =( sin i /n)
Per questo calcolo uso l’angolo di incidenza maggiore e l’indice di rifrazione medio. Sin r= ( sin 80/1,51)=0,65
R= Sin-1 Sin r=40,54 Adesso posso calcolare d. d=(2/0,65) Sin( 80°-40.54°)=1,95cm
D è uguale a PQ* Sin( i-r ) Applicando la formula inversa trovo PQ
PQ= d/Sin( i-r ) = 1,95/Sin( 80°-40,54°)= 3,06cm
Conclusione:
Nel primo esperimento abbiamo potuto notare che un raggio di luce cadendo su un corpo lucido viene rimandato in una sola direzione( raggio riflesso). Abbiamo inoltre verificato che l’angolo di incidenza e l’angolo di rifrazione sono uguali e che il raggio incidente e il raggio riflesso giacciono nello stesso piano con la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto d’incidenza.
2)
La rifrazione è invece un fenomeno che si verifica ogni volta che la luce passa da un mezzo a un altro dotato di proprietà fisico-chimiche diverse (leggi: più o meno denso). Ogni mezzo di propagazione è caratterizzato da un indice di rifrazione, indicato con n e che, salvo casi del tutto particolari, aumenta all'aumentare della densità del mezzo stesso; l'aria, per esempio, possiede un n poco superiore a 1 (per definizione 1 è l'n del vuoto), l'acqua ce l'ha uguale a 1.33, il vetro tra 1.4 – per quelli meno dispersivi – a 1.7; nel diamante, la sostanza più dispersiva nota in natura, n è addirittura superiore a 2.4.
Con il secondo esperimento ci siamo preoccupati di calcolare l’indice di rifrazione
Relativo del materiale che stavamo usando. Per far questo abbiamo calcolato il quoziente tra il seno dell’angolo d’incidenza e il seno dell’angolo di rifrazione, successivamente ho fatto la media dei risultati e sono giunto a questo dato nm=1,51

3) Si osservi ora il comportamento dei raggi provenienti da una sorgente S (fig. 01), che colpiscono la superficie di separazione. Per i raggi A,B,C è presente sia il raggio rifratto sia un debole raggio riflesso; nel caso particolare C però l’angolo di incidenza è tale che il raggio rifratto è radente alla superficie di separazione. Questo particolare angolo è definito angolo limite.
Se l’angolo del raggio incidente è superiore all’angolo limite, il raggio rifratto manca completamente e si ha soltanto il raggio riflesso, che contiene tutta l’energia del raggio incidente: questo fenomeno prende il nome riflessione totale. (Fig. 01)
Ricollegandoci all’esperimento n° 7 possiamo dedurre che l’angolo limite non può superare i 45° Prendendo in considerazione un triangolo rettangolo isoscele notiamo che se puntiamo un raggio di luce perpendicolare all’ipotenusa, esso ritorna indietro solo un po’ più spostato e sempre parallelo al raggio di partenza. In questo caso non avviene la sua fuoriuscita ma ritorna all’esterno con direzione opposta al raggio di partenza.

4)
5) Come nell’esperimento n° 4 abbiamo calcolato la distanza focale ma di una lente divergente biconcava. Divergente perché il fascio di rette diverge in modo che i prolungamenti dei raggi emergenti s’incontrano in un punto F. La distanza focale era di circa 3,7cm

6) Nell’esperimento n°6 abbiamo potuto costatare che un raggio puntato obliquamente su un parallelepipedo di plexiglass (nel nostro caso) una volta entrato nel materiale subisce un’inclinazione diversa per poi uscire sempre parallelo al raggio prima dell’entrata nel parallelepipedo, ma traslato di una certa distanza (d) che abbiamo calcolato prima manualmente, e poi algebricamente. Questo valore calcolato con la formula riportata nell’elaborazione dei calcoli è di circa 1,95cm
Possiamo dedurre che l’errore dovrà essere abbastanza elevato poiché la misura prelevata da noi era di 1,60cm, infatti, una delle nostre maggiori difficoltà è stata quella di raccogliere dati precisi poiché i nostri mezzi lo impedivano.

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