Física (plan 2002) 2015-1

Quinto Semestre, Laboratorio de Óptica

Resumen

El curso está diseñado para trabajar con grupos de hasta 3 alumnos por mesa de trabajo, el esquema de evaluación está basado en la redacción de informes individuales.

1. Objetivos: Se contempla un curso integrado de óptica, el cual cubre lo siguiente:

a) Que los estudiantes tengan la oportunidad de desarrollar sus habilidades científicas en la comprensión de los fenómenos físicos de la óptica, utilizando el método experimental.

b) Redacción de reportes basados en la estructura de los artículos de divulgación científica.

c) Preparación de seminarios, equivalentes a los que se realizan en diferentes foros de divulgación (Congresos, Seminarios, Coloquios).

Lo anterior es con el fin de que el estudiante se desempeñe en forma similar a lo que en el futuro serán las condiciones reales del trabajo académico y científicos.

2. Esquema de evaluación:

2.1. La acreditación contemplara la realización de diez prácticas, cuya calificación estará basada en los reportes por práctica experimental (80%) los cuales tendrán una estructura general sustentada conforme a la elaboración de artículos de divulgación, esto es:

Evaluación de Reportes

Bitácora: Cuaderno o bloc de notas, donde se detallan los pormenores del experimento (tema, fecha, hora, material utilizado, diagramas, datos experimentales, etc.), el mismo se revisará durante las prácticas.

Presentación: Titulo, entidad académica, autor(es), fecha (3 puntos).

Resumen y Abstract (en inglés): Breve, que contenga el resultado obtenido con base al(los) objetivo(s) solicitados (6 puntos).

Introducción/objetivos/análisis teórico.: Esta sección deberá contener los fundamentos que sustenten el experimento; Introducción (10 puntos), Objetivos (3 puntos) y Análisis teórico (15 puntos).

Desarrollo experimental: Parte central del trabajo, en la que se describe el material

Utilizado, la descripción del instrumento utilizado, el detallado del montaje de los mismos (diagramas de conexión, dibujo, fotos) (25 puntos).

Resultados obtenidos: Tabla de datos obtenidos, relaciones matemáticas, gráficas, análisis de errores (25 puntos).

Conclusiones: Con base a los resultados obtenidos, que información proporciona el experimento, que perspectivas se abren para realizar otro tipo de experimentos basados en ´este o la conveniencia de modificar el experimento para mejorar el mismo, etc. (8 puntos).

Referencias bibliográficas: Bibliografía utilizada en las diferentes prácticas experimentales [1, 2, 3, 4, 5, 6] (Libros, artículos, etc.); es muy importante la ubicación de la referencia en el cuerpo del documento (5 puntos).

En las Figuras 1, 2 y 3, se muestra la estructura de un articulo, el cual deberá de utilizarse a manera de ejemplo, de como se deberá de entregar en cada uno de los diferentes reportes.

2.2. Participación activa en el equipo de trabajo (asistencias) y entrega a tiempo de los reportes (20 %) (Una semana después de concluida la práctica).

2.3 Presentación de un Tema libre: Al final del curso se realizara un mini-congreso, donde se tendrá la oportunidad de participar con un tema de interés en el que se aplique la óptica. (Máximo de 5-10 minutos por exposición y de 5 minutos para preguntas y respuestas). En esta etapa se simulará un ambiente similar al que los profesores-investigadores presentan y sustentan sus trabajos en foros nacionales e internacionales, lo anterior es con el fin de que el alumno se familiarice con la cotidianidad de este tipo de eventos y sea partícipe de los mismos. La entrega del trabajo se deberá de hacer con al menos 1 semana antes de la presentación; para ésta última se deberá presentar con acetatos o para proyectarse con la computadora (se recomienda un promedio de cuatro o cinco láminas/diapositivas)

3. Temario del curso

El temario está basado en el contenido del curso de teoría óptica. Con una semana de anticipación a la presentación del tema en clase, se entrega la guía relacionada con la práctica experimental, para que en ese día se discutan los elementos teórico-experimentales, resaltando los puntos críticos para la realización del experimento, en la misma se introducen los conceptos básicos inherentes a la misma. El objetivo es que en la siguiente sesión, los alumnos cuenten con los elementos necesarios y concilien como equipo de trabajo para: a) elaborar el diagrama experimental con una relación del equipo y material de laboratorio a utilizar, b) la estrategia en el montaje del arreglo experimental y c) la elaboración de las tablas de captura de datos de captura en la que se definan los rangos y frecuencia de los mismos, para su posterior análisis estadístico.

Introducción al laboratorio de óptica: Familiarizarse con el material y equipo del laboratorio, así como de la comprensión de fenómenos ópticos (1 sesión).

Introducción a la estadística y análisis de errores experimentales: El objetivo es el de repasar los temas básicos de la estadística, referentes a la recolección, organización y manejo de datos experimentales así como el del manejo de lo diferentes errores derivados de las diferentes condiciones experimentales y, con ello tomar decisiones y sacar conclusiones que justifiquen los resultados experimentales (1 sesión)

Reflexión y refracción de la luz: Estudio de las leyes de la reflexión y la refracción de la luz (2 sesiones).

Lentes delgadas 1ra parte: Estudio de sistemas ópticos simples. Formación de imágenes

por lentes convergentes y divergentes. Imágenes virtuales y reales. Determinación de distancias

focales de lentes convergentes y divergentes (2 sesiones).

Lentes delgadas 2da parte: Aplicación: Construcción de un microscopio y telescopio

básico (Kepleriano) (1 sesión).

Prismas 1ra parte: El prisma dispersor como elemento de análisis espectral (2 sesiones).

Prismas 2da parte: La formula de Cauchy en la que el índice de refracción es función de la longitud de onda (se requieren los resultados de Prismas 1) (1 sesión).

Naturaleza de la luz: Determinación experimental de la naturaleza electromagnética de la luz (3 sesiones).

Polarización: Estudiar las propiedades y características básicas de la luz polarizada y a partir de estas observaciones conectar los fenómenos ópticos con los electromagnéticos (3 sesiones).

Interferómetro de Young: Estudio de los fenómenos de interferencia basados en la

division de frente de onda (2 sesión).

Interferómetro de Michelson: Estudio de los fenómenos de interferencia basados en la

división de la amplitud de onda (3 sesiones).

Difracción: Estudio del fenómeno de la difracción debido a obstáculos de diferente forma

geométrica (3 sesión).

Selección de una de las optativas siguientes:

Procesamiento de imágenes (optativa): Aplicación de la óptica de Fourier (2 sesiones).

Fotometría (optativa): Unidades generales y diseño de un fotómetro básico (2 sesiones).

Fibras ópticas (optativa): Sistema analógico de transmisión de voz (2 sesiones).

Punto de Poisson (optativa): Experimento histórico que sustentó la teoría ondulatoria

de la luz (1 sesión).

Prueba de Foucault (optativa): Prueba utilizada en la construcción de Telescopios para

evaluar la calidad de los espejos esféricos (2 sesión).

Determinación experimental de la longitud de onda de un láser de diodo (optativa-Se utiliza el equipo de la 40 Olimpiada Internacional de Física, Mérida, Yucatán, Julio 2009) (2 sesiones).

Birrefringencia de la mica (optativa-Se utiliza el equipo de la 40 Olimpiada Internacional de Física, Mérida, Yucatán, Julio 2009) (2 sesiones).

Biprisma de Fresnel (optativa) (2 sesiones).

Aplicaciones con el Interferómetro de Michelson (optativa) (2 sesiones).

Introducción a la Óptica No lineal-Técnica de Z-scan (optativa): Introducción a los principios básicos de la Óptica No lineal y experimento de Z-scan como una aplicación para determinar el índice y coeficientes de absorción no lineal en cristal líquido (3 sesiones).

Óptica aplicada (optativa): Presentación de un trabajo experimental o computacional. El mismo puede estar relacionado con algunos de los cursos o talleres de la UNAM, por ejemplo: Construcción de un telescopio, diseño y construcción de un espectroscopio, dispositivos Opto-electrónicos, programa computacional de simulación de lentes o fenómenos ópticos, etc. Por las características del trabajo, el mismo puede representar hasta un 30 ( %) de la calificación final. (3 sesiones).

Referencias

[1] E. Hecht. Optics. Addison–Wesley Pub Co. Reading Ma., 2 edition, 1987.

[2] Physical Science Study Committee (PSSC). Guía del Laboratorio de Física. Revert´e, 1972.

[3] D. C. Baird. An Introduction to Measurement Theory and Experiment Design. Prentice Hall,

New Jersey, 1962.

[4] G. L. Squire. Física Práctica. Mc Graw Hill, 1972.

[5] Robert D. Guenther. Optics. John Wiley and Sons, 1970.

[6] Miles V. Klein. Modern Optics. John Wiley and Sons, 1990.

[7] R. Rangel M. Fernández and M. Yamada. Generación de segundo armónico en ADP, con un

láser de pigmento, sintonizado en el rango de 285 nm a 300 nm. Revista Mexicana de Física,

37(2):309–320, 1991.