Lección Teach
Ley de Snell: mide la refracción con un transportador real
El alumnado usa el laboratorio remoto Ley de Snell (II) para leer ángulos de incidencia y refracción, calcular el índice de refracción, comparar medios y observar reflexión total interna.
Resultados de aprendizaje
Medir ángulos de incidencia y refracción desde la normal usando el laboratorio remoto de Ley de Snell.
Calcular el índice de refracción con n = sen(i) / sen(r) cuando la luz pasa del aire a un medio.
Comparar agua, aceite y acrílico usando ángulos de incidencia controlados y evidencia.
Explicar por qué medir desde la superficie en vez de desde la normal cambia el resultado.
Describir cualitativamente la reflexión total interna y acotar el ángulo crítico con pasos de 10 grados.
Escribir una conclusión que use datos, cálculo e incertidumbre, no solo una captura.
Vista previa de la actividad del estudiante
Contenido de la actividad
Solo vista previa. En una sesión de clase, los estudiantes pueden completar respuestas y entregar su trabajo al docente.
Plantea la pregunta de óptica
8 min
Cuando la luz pasa del aire a otro medio transparente, normalmente cambia de dirección. La ley de Snell relaciona el ángulo de incidencia i, el ángulo de refracción r y el índice de refracción n. El error más frecuente es usar la superficie como referencia. La ley de Snell usa ángulos medidos desde la normal, la recta perpendicular a la superficie en el punto donde entra el rayo.
Referencia angular
Usa ángulos medidos desde la normal. Un ángulo complementario medido desde la superficie cambia el seno y da un índice de refracción incorrecto.
Modelo para aire hacia un medio transparente
n = sen(i) / sen(r)
En la ley de Snell, ¿desde qué línea deben medirse i y r?
Predice qué ocurrirá cuando un rayo entre en el agua desde el aire y, por separado, cuando un rayo entre en el acrílico desde el aire, con el mismo ángulo de incidencia. Usa esta pista: el acrílico tiene un índice de refracción mayor que el agua. ¿En qué caso debería acercarse más a la normal y por qué? Usa 3-4 frases.
Usa el laboratorio remoto con intención
10 min
El laboratorio Ley de Snell (II) usa vistas reales en vídeo de un láser, una celda o bloque transparente y un transportador impreso. La versión sin verificación no da el ángulo de refracción como número. Tú lo lees en el vídeo, lo registras y haces el cálculo fuera del laboratorio.
Flujo de laboratorio
El laboratorio aporta la evidencia visual real. Tu trabajo es leer los ángulos de forma consistente y calcular el índice de refracción.
Montaje con agua
Agua en orientación normal. El rayo incidente y el refractado se leen sobre el transportador impreso.
Abrir Ley de Snell (II)
Abre el laboratorio Ley de Snell (II).
En la pestaña Configuración, elige Agua, orientación Normal y una iteración.
Pasa a la pestaña Observación y usa las flechas ← → para fijar la incidencia en 20 grados. Registra
i(que aparece en pantalla) y leeren el transportador impreso usando las dos vistas (Vista cenital y Vista lateral); el laboratorio no muestrarcomo número, así que si la línea cuesta de leer, registrarcon una incertidumbre de aprox. 1-2 grados.Repite a 40, 60 y 80 grados.
De vuelta en la pestaña Configuración, elige Acrílico o Aceite como segundo medio y repite los mismos ángulos de incidencia.
Si hay tiempo, mide el tercer medio o una segunda iteración.
La pantalla de Observación
En la pestaña Observación lees las dos vistas de vídeo. Esta captura está a 0 grados solo para mostrar los controles; tus medidas empiezan en 20 grados. El ángulo de incidencia aparece como texto y se cambia con las flechas ← →; el ángulo de refracción no se muestra como número: lo lees en el transportador impreso.
¿Qué decisión de método hace justa la comparación?
Registra y procesa la evidencia
22 min
Completa una fila por cada ángulo de incidencia y medio. Registra r como una lectura con incertidumbre, no como un valor de libro perfecto. Si el transportador cuesta de leer, usa las dos vistas y declara una incertidumbre razonable, por ejemplo aprox. 1-2 grados. En las filas de orientación normal, comprueba que r < i y que n > 1; si no ocurre, revisa si has usado una escala equivocada o si has medido desde la superficie.
Montaje con aceite
En este laboratorio esperamos que el aceite tenga un índice de refracción mayor que el agua. Usa los mismos ángulos de incidencia al comparar.
Medidas de la Ley de Snell
Completa al menos 8 filas: cuatro ángulos de incidencia para agua y cuatro para un segundo medio. Usa la calculadora en modo grados para calcular n = sen(i)/sen(r). En la columna de nota, registra tanto la incertidumbre como si la fila procede de tu sesión de laboratorio, de una repetición de otro equipo o de una fila de referencia del profesor.
| Medio | Orientación | i desde la normal grados | r desde la normal grados | n = sen(i)/sen(r) | Incertidumbre / origen |
|---|---|---|---|---|---|
Índice de refracción medio por medio
Añade una fila de resumen por cada medio medido antes de responder a las preguntas de comparación. Calcula la media solo con filas de orientación normal.
| Medio | Valores de n usados | n medio | Incertidumbre principal |
|---|---|---|---|
Revisa tu tabla. ¿Qué evidencia muestra que mediste desde la normal y que usaste el mismo conjunto de ángulos en los dos medios? Menciona al menos dos filas de cada medio e indica sus ángulos de incidencia.
Calcula y compara el índice de refracción
12 min
Para cada fila de orientación normal, calcula n = sen(i) / sen(r). Usa la calculadora en modo grados. Después calcula la media de n para cada medio. No esperes que todas las filas sean idénticas; la lectura del transportador y la visibilidad del vídeo introducen incertidumbre.
Muestra un cálculo completo de tu tabla: escribe i, r, sen(i), sen(r) y n. Después informa del n medio para el agua y para tu segundo medio.
¿En qué medio se acercó más el rayo a la normal? Usa tus valores medios de n y una pareja de filas con el mismo ángulo de incidencia como evidencia. Explica si coincide con tu predicción.
Artefacto de evidencia
Adjunta una captura, un esquema a mano o una pequeña tabla de elaboración propia que muestre un rayo medido y tu tabla de cálculo. El artefacto debe incluir una normal, un ángulo marcado y la fila de cálculo asociada; una captura sola no basta.
Observa la reflexión total interna
8 min
En orientación normal, la luz pasa del aire al medio. En orientación invertida, el rayo puede viajar desde el medio hacia el aire. Para esta observación breve, usa el mismo segundo medio que mediste antes; si tu grupo no ha elegido uno, usa Acrílico. No hace falta repetir los tres medios salvo que el profesor lo pida como ampliación. Cerca del ángulo crítico, el rayo refractado saliente puede verse débil o rasante; por encima, ya no aparece un rayo refractado saliente claro y la luz se refleja dentro del medio. En agua, aceite y acrílico este cambio ocurre entre los ajustes de 40 y 50 grados, así que recorre con atención ese rango. Como el laboratorio cambia el ángulo en pasos de 10 grados, puedes acotar el ángulo crítico pero no medirlo con exactitud.
Orientación invertida
Vuelve a Configuración, mantén el medio elegido, cambia la orientación a Invertida y regresa a Observación. Busca el intervalo de ángulos donde el rayo refractado saliente se debilita, se vuelve rasante o desaparece.
En orientación invertida, la luz viaja desde el medio hacia el aire. Sube el ángulo de incidencia en pasos de 10 grados desde unos 30 grados hasta 80 grados y observa el rayo refractado saliente. ¿Entre qué dos ajustes de 10 grados se debilita, se vuelve rasante o desaparece (de modo que la luz se refleja internamente)? Indica la respuesta como un intervalo, o di qué observaste si no se veía claro.
Escribe la conclusión científica
10 min
Tu conclusión debe servir a alguien que no haya visto tu pantalla. Nombra el origen de la evidencia, los cálculos, la incertidumbre y el límite de la conclusión. No digas que el laboratorio "demuestra" exactamente el valor de libro; di qué apoyan tus lecturas.
Enumera dos fuentes de incertidumbre en este laboratorio y explica cómo cada una podría cambiar el valor calculado de n.
Escribe una conclusión con afirmación-evidencia-razonamiento. Incluye: (1) si el rayo se acerca o se aleja de la normal al entrar en un medio de mayor índice, (2) tus valores medios de n, (3) qué medio desvió más la luz, (4) qué observaste en orientación invertida (si tu clase hizo esa fase) y (5) una limitación de la evidencia.
Ampliación opcional: tres medios y ángulo crítico
15 min
Si la clase tiene tiempo, mide agua, aceite y acrílico con los mismos ángulos de incidencia. Después usa tu n medio para estimar el ángulo crítico de cada medio con theta_c = arcsin(1/n). Compara la estimación con el intervalo que observaste en orientación invertida. Nota: el aceite y el acrílico tienen índices casi iguales (unos 1,47 y 1,49), así que sus ángulos de refracción difieren en menos de 1 grado, por debajo de lo que el transportador puede resolver. Usa los tres medios para mostrar que ambos desvían la luz claramente más que el agua, no para ordenar aceite frente a acrílico.