V OLIMPIADA
IBEROAMERICANA DE FISICA
Jaca, España Septiembre 14-21/2000
PRUEBA EXPERIMENTAL
Problema experimental 1
Desviación de una haz láser.
Determinación del índice de refracción.
Cuando un rayo de luz atraviesa un bloque paralelepipédico transparente se
producen dos refracciones a la entrada y a la salida, de forma que, como es
fácil comprender, el rayo emergente es paralelo al incidente, como se indica en
la figura 1.
|
El desplazamiento lateral, d, entre estos dos
rayos puede calcularse en función del ángulo de incidencia,  , el grosor del bloque, L, y el índice
de refracción del material, n. La expresión exacta que se obtiene para
d es algo
complicada. Sin embargo, para pequeños ángulos de incidencia pueden
emplearse aproximaciones del tipo:
 ,
con lo que se obtiene:  ,
(1)
de forma que d es aproximadamente proporcional a .
Dispone de un montaje experimental con el que puede
medir d en función de . A
partir de las medidas de d y
que estime oportunas le pedimos que
determine:
- El máximo ángulo de incidencia,
 , para el que
experimentalmente es válida la igualdad aproximada (1), dentro de la precisión
de medida del sistema.
- El índice de refracción, n, del material del bloque.
Sugerencias:
- Antes de empezar a hacer medidas, alinee el montaje
de forma que el haz láser esté orientado según la línea central de la escala
angular e incida perpendicularmente sobre el centro de la escala lineal, tal y
como se indica en la Fig. 2.
- Los alfileres le serán útiles como marcadores para
alinear el montaje y, una vez conseguido el alineamiento, para sujetar el
láser y la escala lineal a la base de corcho.
- La regla de que dispone le puede ayudar a precisar el ángulo de
incidencia, situándola sobre la escala angular con la inclinación deseada y
apoyando el bloque en su lateral.
P R E C A U C I ó N: debe evitarse la entrada directa del haz láser en un ojo, ya que
podría causar una quemadura en la retina.
|
Fig. 1
Fig. 2 |
Prueba experimental 2 (20 puntos)
Sistema masa-resorte. Dependencia con el número de espiras.
La constante elástica de un resorte helicoidal,
k, depende del número de espiras, n , que tiene. Como hipótesis, supondremos que
esta dependencia es del tipo:
,
(1)
donde p es una constante y k1 es la constante elástica de
una sola espira.
Por otra parte, si se suspende del resorte una masa M y se pone a
oscilar verticalmente, el periodo de esta oscilación es:
, (2)
donde m es la masa de la
parte del resorte seleccionada para el estudio de la oscilación y 
es una
constante positiva menor que la unidad. En esta prueba experimental deberá
realizar una serie de medidas para diferentes números de espiras de un resorte,
comprobar la dependencia (1) y determinar los valores de k1,
p, M y .
Dispone del siguiente material:
- Un resorte con 13,8 espiras por centímetro cuando
están juntas (muelle horizontal). La masa de cada espira es 1,656x10-4 kg.
- Un soporte vertical graduado en cuyo extremo superior
hay una escuadra metálica para suspender la porción de resorte deseada.
- Una bola de plomo de masa M desconocida y
una tuerca de hierro cuya masa M' se indica, en gramos, en uno de sus laterales.
- Un cronómetro digital y una regla de plástico.
- Realice las medidas necesarias para completar la
Tabla I adjunta:
- Con el resorte en horizontal, seleccione una
longitud Lo (20, 18,....6 cm) y sitúelo en el soporte.
- Cuelgue la masa M y anote la lectura L
del índice inferior del resorte.
- Añada la tuerca M', tome la nueva lectura
L' del índice y anote en la Tabla I el incremento de
longitud
L =
L'-L.
- Quitando la tuerca, es decir, sólo con la bola
suspendida del resorte, mida el periodo de oscilación, T, del sistema.
Emplee las columnas de la Tabla
II para tabular los valores derivados de los anteriores que necesite para
cálculos y gráficas posteriores.
- Determine, para cada longitud Lo, la
constante k del resorte.
- Compruebe que la dependencia de k con n
es del tipo indicado en (1) y determine el valor de la constante
p.
- Conocida p, determine el valor de
k1.
- Indique detalladamente cómo ha realizado las medidas
del periodo de oscilación T y haga una estimación razonada de su
incertidumbre (error).
- Determine los valores de M y
.