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Experiencia de Melde Laboratorio de Física II

CONTENIDO I. OBJETIVOS ------------------ 2 II. EQUIPOS Y MATERIALES ------------------ 2 III. FUNDAMENTO TEÓRICO ------------------ 3 IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ---------------6 V. EVALUACIÓN ----------------- 8 VI. CONCLUSIONES ----------------- 10 VII. RECOMENDACIONES

----------------- 10

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II

EXPERIENCIA DE MELDE (MOVIMIENTO VIBRATORIO) EXPERIENCIA NO 2

I. Objetivos:  Investigar las ondas producidas en una cuerda vibrante.  Determinar la relación precisa entre la velocidad de la onda, la tensión aplicada a la cuerda y la densidad lineal de la cuerda.  Estudiar la propagación de ondas armónicas transversales en una cuerda tensa y la forma en que se superponen para dar lugar a ondas estacionarias.

II. Equipos y materiales:  1 Vibrador eléctrico.

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II  1 Soporte universal.  1 Polea.  1 Juego de pesas y portapesas.  1 Cuerda delgada.  1 Regla de madera/ metálica.  1 Balanza granataria.

III.) Fundamento teórico    ONDA MECÁNICA La onda mecánica es el movimiento de una perturbación física que se propaga a través de un medio elástico, transportando desde un punto a otra energía y cantidad de movimiento, mas no transporte de masa.

   REQUISITO PARA MECANICAS

LA

FORMACION

DE

ONDAS

- La fuente que origine la perturbación. - Un medio material (elástico) para que pueda propagarse. - Alguna conexión física por cual las partes adyacentes conecten.

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II    CLASIFICACION DE LAS ONDAS Existen varias maneras de clasificar a las ondas en su forma general; entre ellas: 1.- Atendiendo a su naturaleza - Mecánicas: Necesitan de un medio para propagarse. -Electromagnéticas: No necesitan de un medio para propagarse. 2.- Según la relación entre las direcciones de propagación y vibración. - Longitudinales. - Transversales. 3.- De acuerdo al número de dimensiones involucradas en su propagación - Unidimensionales. -Bidimensionales. -Tridimensionales. 4.- Atendiendo a su dependencia temporal - Armónicas. -No armónicas. 5.- De acuerdo a las formas de sus frentes de onda -Planos. -Cilíndricos. - Esféricos. Describiremos con más detalle algunos tipos de específicos de onda ya que se estudiará ello en el experimento:   ONDAS TRANSVERSALES

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II En este tipo de ondas las partículas vibran transversalmente a la dirección de propagación de la perturbación. Un ejemplo típico seria la onda que se propaga en una cuerda tensa como en nuestro experimento o en un resorte cuando se le sacude transversalmente.   ONDAS ESTACIONARIAS: Una onda es la transmisión de una perturbación a través de un medio. Las ondas que se propagan por la superficie de un estanque al perturbarla con un golpe, se llaman ondas viajeras: Si hacemos que una onda mecánica se transmita por una cuerda sujeta por sus dos extremos:

Pueden darse varias situaciones dependiendo de donde pongamos el soporte de la derecha. Lo más probable es que no coincida con un nodo (punto de posición cero de la cuerda).

Si hacemos coincidir el soporte de la derecha con el punto F la reflexión será como en la figura anterior. Se formará de esta forma una onda que se refuerza al ir y volver y que dará un patrón llamado de onda estacionaria, pues da la impresión de no moverse en el

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II espacio, aunque sabemos que está viajando en ambas direcciones con la velocidad de propagación de la onda en la cuerda.

Para conseguir esto, podemos mover el soporte izquierdo, cogiendo la cuerda con los dedos hasta llegar al punto F o bien podemos variar la tensión de la cuerda, con lo que varía la velocidad de propagación o variar la frecuencia del oscilador, con lo que varía la longitud de onda. Si vamos variando las dimensiones de la cuerda, la tensión de la misma o la frecuencia del oscilador, podemos obtener diversos patrones de onda estacionaria como los representados en la figura anterior. El primer caso se llama fundamental, el segundo caso se llama primer armónico, el siguiente segundo armónico. Basados en el principio de formación de ondas estacionarias, funcionan muchos aparatos que estamos acostumbrados a usar como por ejemplo las antenas de radio, televisión, teléfonos móviles. Los instrumentos musicales tanto de cuerda como de viento. Los relojes de cuarzo tan utilizados hoy en día. El L.A.S.E.R. y un sinfín de instrumentos de uso ordinario o científico. En todos ellos, se forma una onda estacionaria al rebotar la onda viajera en un obstáculo y regresar por su mismo camino, ya sea esta onda mecánica o electromagnética.

   EXPERIENCIA DE MELDE

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II El experimento de Melde es un experimento científico realizado por el físico alemán Franz Melde sobre las ondas estacionarias producidas en un cable tenso unido a un pulsador eléctrico. Este experimento pudo demostrar que las ondas mecánicas experimentan fenómenos de interferencia. Ondas mecánicas viajando en sentido contrario forman puntos inmóviles, denominadas nodos. Estas ondas fueron denominadas estacionarias por Melde ya que la posición de los nodos y los vientres (puntos de vibración) permanece estática.

IV.) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL   MONTAJE Tome la cuerda completa, mida su masa, longitud y densidad.  Masa: 1 x 10 -3 Kg.  Longitud: 1.95 m.  Densidad: 5 x10-4 kg / m.

2.

TABLA 1 λ2 (m2)

N° de cresta

T (N)

λ (m)

3

6.13

97.0 x 10

-2

9409 X 10-4

4

3.68

76.0 x 10

-2

5776 X 10-4

5

2.21

60.0 x 10

-2

3600 X 10-4

6

1.72

52.0 x 10

-2

2704 X 10-4

7

1.23

44.0 x 10

-2

1936

X

10-4

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T (N) vs. λ (m) 7 6 5 4 T (N) 3 2 1 0 0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

λ (m)

3.

4. ¿Qué ajuste tendría que hacer el número de armónicos (n) y la tensión (T) para determinar la frecuencia del generador de ondas? Tendría que sacarse un promedio y con ello más la longitud de la cuerda poder calcular la densidad lineal y por consiguiente la frecuencia.

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TABLA 2

5.

No de armónicos 1 2 3 4 5

Siendo:

Tenemos con nuestros datos que: T = 1.96 µ = 5 x 10-4 L = 0.27 n=1 Reemplazando: F = 55.5 x 10-3 Λ = 0.54 Por lo cual: V = 29.97 x 10-3

L (m) 0.27 0.58 0.86 1.08 1.35

2L λ= n

−¿ ¿ n T f= 2L μ

√

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II V.) EVALUACIÓN 1. ¿Qué es una onda estacionaria y como se producen? De algunos ejemplos. Llamamos onda estacionaria al fenómeno vibratorio de un punto del medio resultante de la superposición de dos ondas progresivas, de igual frecuencia, igual amplitud, pero que se propagan en sentidos opuestos. Las ondas estacionarias se producen en medios limitados (acotados). Como ejemplos podemos poner, la cuerda de una guitarra cerrada por los extremos (clavija y puente), al igual que las de un violín, un tambor, etc. un tubo semiabierto como la trompeta, la flauta o el órgano.

2.) Explique la diferencia entre una onda transversal y una longitudinal. Las ondas transversales son aquellas donde las partículas vibran transversalmente a la dirección de propagación de la perturbación, en cambio las ondas longitudinales son aquellas donde las partículas vibran colonialmente con la dirección de propagación de la perturbación. 3.) ¿Qué aplicaciones hay en la actualidad del experimento de Melde? Si bien el experimento de Melde permitió el reconocimiento y estudio de las ondas estacionarias, ello no quedó limitado a ese campo. Las ondas estacionarias son un fenómeno con implicaciones muy importantes en el campo de la acústica y el fenómeno de la reflexión e interferencia constructiva de las ondas. El Sonar.- un sistema de navegación y localización similar al radar pero que, en lugar de emitir señales de radiofrecuencia, emite impulsos ultrasónicos. La ecografía.- procedimiento de radiología que emplea los ecos de una emisión de ultrasonidos dirigida sobre un cuerpo u objeto como

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II fuente de datos para formar una imagen de los órganos o masas internas con fines de diagnóstico. 4.) ¿Qué es la levitación sonora? ¿De qué manera es utilizado el concepto de ondas estacionarias? La levitación acústica es un fenómeno físico no lineal relacionado con las ondas acústicas (ya sea sonido, infrasonido o ultrasonido) que consiste en que al incidir en un objeto y bajo determinadas circunstancias, las ondas acústicas logran mantener ese objeto suspendido en el aire sin necesidad de contacto alguno. Las ondas estacionarias tienen la característica hay diversos puntos llamados nodos que permanecen inmóviles lo cual hace que con una energía suficiente un cuerpo puede levitar plácidamente. 5.) Si hacemos el experimento de melde de manera vertical, ¿variará el resultado del experimento? No variará, dado explícitamente de la vibrador y la polea constantemente el experimento.

que el experimento de Melde depende tensión de la cuerda y la distancia entre el por lo cual si se mantuviera adecuada y experimento no tendría porque variar el

VI.) CONCLUSIONES  Las ondas estacionarias se producen al tener bien definidas la tensión, la longitud del factor causante con el extremo reflector.  El λ teórico es solo una ayuda para encontrar el adecuado para producir ondas estacionarais, ya que el medio y el vibrador no son perfectos y cuentan con variaciones en sus acciones.  La longitud de onda puede variar en un mismo sistema siempre y cuando encuentre otro punto de resonancia.  En una onda estacionaria el patrón de la onda no se mueve, pero si lo hacen los elementos de la cuerda.

Experiencia de Melde Laboratorio de Física II  Si las frecuencias asociadas son muy altas las velocidades también lo serán.

VI.) RECOMENDACIONES  Lo más adecuado es ir agregando las pesas poco a poco, tomar apuntes de los pesos e ir viendo la variación de ondas del experimento. Esto nos ahorraría una cantidad de tiempo significativo.  Tratar de ser lo más precisos posibles al colocar en posición la polea, el vibrador y el hilo, ya que en el experimento se pueden encontrar deformaciones y esto pueden hacernos tomar datos inadecuados.