LEYES DE LA ÓPTICA

 

SIMULADOR

LEYES DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA

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Simulador: Leyes de la Óptica Geométrica

Visualización dinámica de la reflexión, refracción y verificación geométrica de la Ley de Snell.

Ángulo Incidente (θ_i): 45°

Material del Bloque: Agua (n = 1.333) Plástico / Acrílico (n = 1.490) Vidrio Crown (n = 1.520) Diamante (n = 2.417)

Mesa de Reflexión (Medio 1)

Índice Aire (n₁): 1.000

Ángulo Incidente (θ_i): 45.0°

Ángulo Reflejado (θ_r): 45.0°

Cumple: θ_i = θ_r

Mesa de Refracción (Medio 2)

Índice Bloque (n₂): 1.520

Ángulo Refracción (θ_t): 27.7°

Comprobación de Snell:
n₁·sin(θ_i) = 0.707 | n₂·sin(θ_t) = 0.707

Manual de Uso Didáctico

Simulador de Leyes de la Óptica Geométrica

 

El objetivo de este simulador es transformar las ecuaciones abstractas de la óptica en una experiencia visual, controlable y mensurable en tiempo real.

 

1. Descripción de los componentes de la interfaz

El simulador se divide en tres zonas clave, distribuidas de forma limpia para evitar la saturación visual:

Panel de control (zona superior)

• Deslizador de Ángulo Incidente ($\theta_i$): Permite modificar de forma manual el ángulo del rayo de luz desde 0° (incidencia completamente vertical sobre la normal) hasta 85° (incidencia casi rasante a la superficie).
• Selector de Material del Bloque: Modifica instantáneamente el medio 2 de la simulación. Cambia el índice de refracción ($n_2$) permitiendo elegir entre Agua ($n = 1.333$), Plástico/Acrílico ($n = 1.490$), Vidrio Crown ($n = 1.520$) y Diamante ($n = 2.417$).
• Botón "▶ Animar Ángulo": Inicia un barrido automatizado y continuo de los ángulos. Es ideal para demostraciones magistrales frente al grupo, ya que permite observar la velocidad relativa de cambio entre los rayos.
• Botón "📐 Mostrar Transportador": Superpone un transportador analógico de laboratorio sobre el punto de incidencia.

Escenario gráfico  (zona central)

• Línea Normal (Gris Discontinua): Línea de referencia perpendicular a la superficie. El transportador ubica su origen (0°) estrictamente sobre esta línea, emulando los experimentos reales de banco óptico.
• Rayo Incidente (Azul): Viaja a través del Aire (Medio 1, $n_1 = 1.000$).
• Rayo Reflejado (Rosa): Regresa al Aire cumpliendo las leyes de la reflexión.
• Rayo Refractado (Verde): Penetra en el bloque transparente sufriendo una desviación angular gobernada por el material seleccionado.

Mesas de lectura analítica (zona inferior)

• Mesa de Reflexión: Muestra los datos del Medio 1 y verifica la igualdad fundamental: $\theta_i = \theta_r$.
• Mesa de Refracción: Calcula de forma automática el ángulo de refracción teórica ($\theta_t$) y muestra la Comprobación de Snell en tiempo real, evaluando ambos lados de la igualdad ($n_1 \cdot \sin\theta_i = n_2 \cdot \sin\theta_t$) con precisión de cuatro decimales. 

2. Guía de Laboratorio  

Práctica 1: Verificación de la Ley de Reflexión

1. Apaga la animación y desactiva el transportador.
2. Desplaza el deslizador de ángulo a 30.0°.
3. Observa el comportamiento del rayo rosa (reflejado). Anota el valor que se muestra en la Mesa de Reflexión.
4. Repite el experimento para ángulos de 45.0°, 60.0° y 75.0°.
5. Pregunta de reflexión: ¿Existe alguna variación física o decimal entre el ángulo con el que se lanza el rayo y el ángulo con el que rebota?

Práctica 2: Comprobación de la ley de Snell 

1. Selecciona el material Vidrio Crown ($n = 1.520$).
2. Ajusta el ángulo incidente a 45.0°.
3. Observa el rayo verde dentro del bloque. ¿El rayo se acercó o se alejó de la línea normal discontinua?
4. Revisa la sección "Comprobación de Snell" en la parte inferior derecha. Copia en tu cuaderno los valores numéricos de los productos matemáticos.
5. Cambia el material a Diamante ($n = 2.417$) sin mover el ángulo de 45°. Observa el rayo verde: ¿qué ocurrió con el ángulo de refracción? ¿Es mayor o menor que el del vidrio?
6. Conclusión teórica: A mayor índice de refracción del material, la velocidad de la luz disminuye y el rayo se desvía ____________ (¿más o menos?) hacia la normal.

Práctica 3: Uso del instrumento de medición (Transportador)

1. Activa el botón "📐 Mostrar Transportador".
2. Coloca el selector de ángulo en 50.0°.
3. Cuenta las divisiones del transportador físico (las marcas negras) partiendo desde el 0° (eje vertical de la Normal) hacia la izquierda para medir el rayo azul, y hacia la derecha para medir el rayo rosa.
4. Verifica visualmente que el rayo verde coincide exactamente con la lectura digital calculada abajo.