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Tecsup – P.F.R.

Ondas y Calor

CURSO: ONDAS Y CALOR LABORATORIO N°5

Apellidos y Nombres:

Nota:

Fernández Valdivia Kevin Gonzales Murayari José Julio Bouby Herrera Nilson Alumno (s): Cruz Florián Luis Tello Fernández Kelvin Chávez Golac Miguel Ángel Agustín Moncada Jeferson Profesor:

Eder Omar Sarmiento Acosta

Programa Profesional:

Fecha de entrega:

C10

02

06

19

51

Grupo:

B

Mesa de trabajo:

B

Ondas y Calor

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ÍNDICE: 1.

OBJETIVOS

2.

MATERIALES

3.

FUNDAMENTO TEÓRICO

4.

CUESTIONARIO DE ENTRADA

5.

PROCEDIMIENTO 5.1.

Experiencia de Melde.

5.2.

Determinación de la frecuencia, densidad lineal y tensión.

5.3.

Determinación de la longitud de onda.

6.

CUESTIONARIO

7.

APLICACIONES

8.

OBSERVACIONES

9.

CONCLUSIONES

10. BIBLIOGRAFÍA 11. ANEXOS 12. FORMATO ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO (ATS)

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Ondas y Calor

PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 05 EXPERIENCIA DE MELDE. ONDAS ESTACIONARIAS - MOVIMIENTO ARMÓNICO FORZADO 1. OBJETIVOS 1) Determinar experimentalmente la relación entre la tensión en la cuerda y el número de segmentos de la onda estacionaria. 2) Determinar experimentalmente la relación entre la frecuencia de oscilación de la cuerda y el número de segmentos de la onda estacionaria. 3) Calcular la densidad lineal de la cuerda utilizada. 4) Determinar experimentalmente la relación entre la frecuencia de oscilación de la cuerda y la longitud de la onda 5) Investigar el movimiento armónico forzado de un sistema masa-resorte que oscila próximo a su frecuencia natural 2. MATERIALES

o Polea (1) o Soporte universal (2) o Varilla de 60 cm (2) o Generador de frecuencia o Pesas (250 g) o Huincha o Interfase o Vibrador o Sensor de fuerza o Cuerda elástica

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3. FUNDAMENTO TEÓRICO

FUNDAMENTO TEÓRICO

ONDAS ESTACIONARIAS ES TODA PERTURBACIÓN

Que se ORIGINA EN UN ESTADO DE EQUILIBRIO Y que SE MUEVE O SE PROPAGA

1) LONGITUD DE LA CUERDA 2) UNA CUERDA DE LONGITUD L 3) V, ES LA MISMA PARA TODAS LAS FRECUENCIAS 4)DENSIDAD LINEAL 5)DESPEJANDO LA VELOCIDAD SE TIENE:

Con el

6)DENSIDAD LINEAL DE HILO

TIEMPO DE UNA REGIÓN DEL ESPACIO A OTRA

7) IGUALANDO LAS EXPRESIONES (5) Y (6) SE TIENE:

y

NO HAY TRANSPORTE DE MATERIA

8) DESPEJANDO LA FRECUENCIA SE TIENE: DESPEJANDO LA DENSIDAD LINEAL

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DONDE: V ES LA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN

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4. CUESTIONARIO DE ENTRADA 1. ¿Qué objetivos se tienen en el laboratorio? a) Determinar experimentalmente la relación entre la tensión en la cuerda y el número de segmentos de la onda estacionaria. b) Determinar experimentalmente la relación entre la frecuencia de oscilación de la cuerda y el número de segmentos de la onda estacionaria. c) Calcular la densidad lineal de la cuerda utilizada. d) Determinar experimentalmente la relación entre la frecuencia de oscilación de la cuerda y la longitud de la onda.

2. ¿Qué principio físico se demuestra en el laboratorio?  Está relacionado tanto con el movimiento armónico simple y la ley de Hooke. Intervienen las ondas transversales producidas en una cuerda impulsadas por un vibrador eléctrico, dicha cuerda viaja a una polea ubicada al otro extremo del montaje, donde es producida una determinada tensión mecánica sobre el cable en presencia de masas. Al tensarse apropiadamente la cuerda, manteniendo la distancia entre el generador de onda y la polea, se producen ondas estacionarias, en las cuales existen puntos de su trayectoria denominados nodos que permanecen inmóviles y vientres que dependen de la frecuencia.

3. ¿Para qué me sirven las experiencias del laboratorio?  Para determinar la frecuencia de una onda y el número de vientres generados, mediante el uso de un generador de frecuencia y una cuerda. Asimismo, nos sirve para determinar la densidad lineal, tensión y longitud de una onda estacionaria, a través de los valores de frecuencia y vientre de onda obtenidos, lo cual servirá para obtener resultados y analizarlos.

4. ¿Qué aplicación real puede tener el laboratorio?  Su aplicación se puede encontrar en el campo de las telecomunicaciones, como en las radios las cuales funcionan a través de una frecuencia ya establecida. Esta frecuencia es la que nosotros sintonizamos a través de nuestros equipos receptores.  Además, se utilizan en las Ecografías realizadas a mujeres gestantes. Estas pruebas se obtienen mediante la emisión de ondas de ultrasonido a grandes frecuencias.

5. ¿Qué materiales se van a

utilizar y cuál es su función de cada

uno?

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Instrumento

Función Organizar los datos a graficar a través del software “PASCO”. Sirve como una base de datos para buscar información a través de la internet. Herramienta indispensable para realizar informes.

• Laptop

•

Sensor de fuerza Nos permiten obtener una señal eléctrica proporcional a la fuerza que se aplica sobre este instrumento.



Generador de frecuencia Permite aumentar o disminuir la frecuencia que experimentará la cuerda ya que, al incrementar, el número de vientres también lo hace. Además permite ampliar o disminuir el vientre de una onda.

• Interfase

Nos sirve como conector directo del sensor de fuerza y movimiento a la laptop para así poder usar el software “PASCO”.

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• Balanza

Sirve como instrumento medidor de masa en gramos de cualquier material que sea colocado encima de este instrumento.

• Vibrador Instrumento de vibración controlado por generador de frecuencia, lo cual permite producir movimientos en forma de ondas a la cuerda según las alteraciones que se produzcan en la frecuencia o amplitud.



Polea Herramienta utilizada para mover o levantar cosas pesadas que consiste en una rueda suspendida, que gira alrededor de un eje, con un canal por donde se hace pasar una cuerda.



Huincha

Es el objeto que nos permite realizar mediciones deseadas, ya sea en centímetro, milímetros y pulgadas. Sera útil al momento de medir la cuerda elástica a utilizar.

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

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Varilla de 60 cm ( dos)

Servirá como un objeto para realizar el montaje establecido. Este estará colocado en el soporte universal.



Juego de pesas (150, 200, y 250 g)

Será el instrumento necesario para ejercer la tensión en la cuerda utilizada.



Soporte universal (dos)

Sirve como soporte a las varillas, evitando que se mueva y permitiendo armar el montaje que sea necesario.



Instrumento necesario para realizar la experiencia de Melde, el cual se colocará tanto en el extremo del vibrador y en la polea. No obstante, la final de la cuerda colocada en la polea es necesario la presencia de una fuerza que la permita mantenerse tensionada.

Cuerda elástica

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5. PROCEDIMIENTO 5.1 Experiencia de Melde.

Reconozca los equipos y realice el montaje de la figura 4.2, el equipo es alimentado por corriente AC, es decir no tiene polaridad. Antes de comenzar verifique que el selector de amplitud se encuentre al mínimo. Por defecto iniciara en 100 Hz, redúzcalo a 5 Hz y seguidamente coloque el selector de amplitud en el centro de su capacidad.

Figura 1. Vibrador y generador de ondas Seguidamente seleccione la longitud de la cuerda en 3.04 metros y determine la densidad lineal de la cuerda completando los datos en la tabla 4.1, 4.2 y 4.3.

Figura 2. Primer montaje.

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5.2 Determinación de la frecuencia, densidad lineal y tensión  Trabaje con la pesa de 150 gramos y considerando además la masa del

portamasas, la longitud de la cuerda debe ser de 1 m. varíe lentamente la frecuencia hasta encontrar una aparente y afine las mediciones con el selector fino. Complete la tabla 4.1. Asimismo, la tensión experimental debe encontrarla mediante Pasco configurando Fuerza vs Tiempo. Esto se realizará tanto para la tabla 4.1, 4.2 y 4.3. TABLA 4.1. Variación de frecuencia a tensión constante (tres pesas) Armónico (n) Frecuencia (Hz) µ (kg/m)

1 11.9

2

3

24.9

38.9

4 41.9

3.707x10-3 3.387 x10-3 3.125x10-3 4.784x10-3

Tensión(N)

1.47

(Teórico)

5 51.9

Tensión (N) (experimental)

Promedio 33.9

4.872x10-3 3.975 x10-3 2.1

1

Longitud de la cuerda (m)

Figura 3. Obtención de la Tensión experimental 1 a través de Pasco

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 Empiece trabajando con una masa de 200 g y considerar además la masa del

portamasas, la longitud de la cuerda debe ser de 0.9 m. varíe lentamente la frecuencia hasta encontrar una aparente y afine las mediciones con el selector fino. Complete la tabla 4.2. TABLA 4.2. Variación de frecuencia a tensión constante. (cuatro pesas) Armónico (n) Frecuencia (Hz) µ (kg/m)

1 14.0

2

3

29.0

40.0

4 54.0

5 70.0

Promedio 41.4

4.094x10-3 3.816x10-3 4.513x10-3 4..403x10-3 4.094x10-3 4.184 x10-3

Tensión(N)

1.96

(Teórico)

Tensión (N) (experimental)

2.6

0.9

Longitud de la cuerda (m)

Figura 3. Obtención de la Tensión experimental 2 a través de Pasco

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 Empiece trabajando con una masa de 250 g y considerar además la masa del

portamasas, la longitud de la cuerda debe ser de 0.8 m. varíe lentamente la frecuencia hasta encontrar una aparente y afine las mediciones con el selector fino. Complete la tabla 4.3. TABLA 4.3. Variación de frecuencia a tensión constante. (cinco pesas) Armónico (n) Frecuencia (Hz) µ (kg/m)

1 15.0

2 31.0

3 48.0

4 64.0

5 80.0

Promedio 47.6

5.381x10-3 5.040x10-3 4.730x10-3 4.730x10-3 4.730x10-3 4.92 x10-3

Tensión(N) (Teórico)

2.45

Tensión (N) (experimenta)

3.1

0.8

Longitud de la cuerda (m)

Figura 4. Obtención de la Tensión experimental 3 a través de Pasco

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5.3 Determinación de la longitud de onda

 Ahora medirá la longitud de onda con respecto a las diferentes crestas observadas, según la tabla 4.4. Seleccione una cuerda de 1m de longitud, mantenga constante la tensión en la cuerda. Nº Crestas

Masa (kg) Tensión (N)

Frecuencia (Hz)

Longitud (m)

λteórico

1

2

(m)

1

0.150

1.47

11.9

2

0.150

1.47

24.9

1

1

3

0.150

1.47

38.9

1

0.67

4

0.150

1.47

41.9

1

0.5

5

0.150

1.47

51.9

1

0.4

TABLA 4.4. Determinación de longitudes de onda con una masa de 150 g.  Ahora medirá la longitud de onda con respecto a las diferentes crestas observadas, según la tabla 4.5. Seleccione una cuerda de 0.9 m de longitud, mantenga constante la tensión en la cuerda. Nº Crestas

Masa (kg) Tensión (N)

Frecuencia (Hz)

Longitud (m)

λteórico 1.8

(m)

1

0.200

1.96

14.0

0.9

2

0.200

1.96

29.0

0.9

0.9

3

0.200

1.96

40.0

0.9

0.3

4

0.200

1.96

54.0

0.9

0.075

5

0.200

1.96

70.0

0.9

0.015

TABLA 4.5. Determinación de longitudes de onda con una masa de 200 g.  Ahora medirá la longitud de onda con respecto a las diferentes crestas observadas, según la tabla 4.6. Seleccione una cuerda de 0.8m de longitud, mantenga constante la tensión en la cuerda. Nº Crestas

Masa (kg) Tensión (N)

Frecuencia (Hz)

Longitud (m)

λteórico 1.6

(m)

1

0.250

2.45

15.0

0.8

2

0.250

2.45

31.0

0.8

0.8

3

0.250

2.45

48.0

0.8

0.27

4

0.250

2.45

64.0

0.8

0.067

5

0.250

2.45

80.0

0.8

0.013

TABLA 4.6. Determinación de longitudes de onda con una masa de 250 g

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6. CUESTIONARIO 6.1

Cuando la tensión aumenta. ¿el número de segmentos aumenta o disminuye cuando la frecuencia se mantiene constante? Explica 

6.2

Disminuye, porque la tensión es masa por gravedad y al aplicar más masa se necesitará más frecuencia para que conserve los segmentos. Cuando la frecuencia aumenta. ¿el número de segmentos aumenta o disminuye cuando la tensión se mantiene constante? Explica



6.3

El número de segmentos aumenta, porque la frecuencia es directamente proporcional al número de segmentos, es decir que si se aumenta el número de oscilaciones por segundo (frecuencia) el número de ondas va ir aumentando. Cuando la tensión aumenta. ¿la velocidad de las ondas aumenta, disminuye o permanece igual cuando la frecuencia se mantiene constante? Explica.



6.4

Si aumentamos la tensión en la cuerda, hará que la amplitud de la onda que viaja por ella disminuya. Como tenemos menos amplitud en la onda la velocidad aumentará porque tendrías que mover menos cantidad vertical de la cuerda. Cuando la frecuencia aumenta. ¿la velocidad de las ondas aumenta, disminuye o permanece igual cuando la tensión se mantiene constante? Explica



6.5

Si la frecuencia aumenta la velocidad de onda se mantiene constante, porque dependerá ciertamente de la longitud del hilo que utilizaremos. Esto se conoce debido a que la masa de tensión se mantiene constante, por ende, la velocidad no afecta en este caso. ¿Cómo se denomina a los puntos donde las elongaciones resultantes son siempre nulas?



Los puntos donde las elongaciones son nulas es cuando está al máximo de su velocidad o aceleración. Existen los nodos que siempre están en reposo, no oscilan y por tanto no trasmiten energía a los puntos contiguos a ellos, diferenciándose también en esto de las ondas viajeras, en las que la energía se trasmite por todos los puntos del medio en que se propaga onda.

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6.6

Ondas y Calor

¿Es posible que una cuerda vibre al mismo tiempo con varias frecuencias? 

Si existe la posibilidad que una misma cuerda vibre con frecuentas distintas en un mismo tiempo. Por ejemplo: a. En una cuerda se colocan 2 vibradores de potencia con distintas frecuencias, pues esto provocará que se formen dos tipos de pulsos, como consecuencia una cuerda que vibre con diferentes frecuencias. b. Si la densidad de la cuerda no es homogénea las vibraciones serán de manera distinta con respecto a su frecuencia.

7. APLICACIONES  Tiene mucha importancia en el campo de la acústica, sobre todo en los instrumentos musicales de cuerda. Estos instrumentos usan este principio al momento de realizar una nota musical a través de las vibraciones que generan las cuerdas y así obtener el sonido adecuado.  Asimismo, se utilizan en las Ecografías realizadas a mujeres gestantes. Estas pruebas se obtienen mediante la emisión de ondas de ultrasonido, lo cual genera ecos que son registrados en una computadora especializada.  Son utilizadas también en las estaciones radiales, en las cuales las ondas se transmiten a una determina frecuencia. Esta frecuencia es la que uno mismo en su receptor empieza a sintonizar. 8. OBSERVACIONES  Durante la realización de esta experiencia de este laboratorio sugerimos la presencia de sujetadores de fijación para los soportes universales, ya que estos tienden al desplazarse por la vibración del generador de frecuencias. De esta manera evitaremos caídas de los instrumentos.

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9. CONCLUSIONES  Existe una relación entre la tensión de la cuerda y el número de segmentos de la onda, donde el número de segmentos de onda depende exclusivamente de la tensión presente en la cuerda. No obstante, por encontrarse en equilibrio el sistema, la masa multiplicado por la gravedad nos arrojaría el Peso, el cual es igual a la Tensión en la cuerda.  Asimismo, existe una relación entre la frecuencia de oscilación de la cuerda y el número de vientres generados. De esta relación se obtuvo que a mayor frecuencia obtenida la cantidad de vientres formados era mayor, dándonos a conocer que ambos son directamente proporcionales.  La densidad lineal, es una medida de masa por unidad de longitud, cuyo valor depende exclusivamente del número de vientres formados, la frecuencia registrada y la longitud de la cuerda.  La relación que existe entre la frecuencia y la longitud de onda es inversamente proporcional, ya que, al realizar alteraciones de aumento en la frecuencia, la longitud de onda disminuía poco a poco según la frecuencia que se incrementaba al pasar el tiempo.

10. BIBLIOGRAFÍA

 CUADERNO DE CULTURA CIENTÍFICA. (2018, 25 diciembre). Física de las ondas estacionarias: frecuencia fundamental y sobretonos. Recuperado de https://culturacientifica.com/2018/12/25/fisica-de-las-ondas-estacionariasfrecuencia-fundamental-y-sobretonos/  Natalia Gil. (2014, 21 julio). Ejemplos de ondas en la vida cotidiana. Recuperado de https://prezi.com/kofgjiwhgeva/ejemplos-de-ondas-en-la-vidacotidiana/  José Fernández. Ondas Estacionarias. Recuperado de https://www.fisicalab.com/apartado/ondas-estacionarias#contenidos

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11. ANEXOS

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12.

Ondas y Calor

FORMATO ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO (ATS) ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO (ATS) TAREA

DOCENTE

Experiencia de Melde. Movimiento Armónico Forzado

Eder Omar Sarmineto Acosta

NOMBRE DE LOS PARTICIPANTES (Apellidos y Nom bres)

FIRMA

FIRMA

CÓDIGO:

R-ATS-14

FECHA:

31/05/2019

VERSIÓN:

01

UBICACIÓN

FECHA

Laboratorio-TECSUP

31/05/2019

NOMBRE DE LOS PARTICIPANTES (Apellidos y Nombres)

1.Chávez Golac,Miguel Angel

6.Cruz Florian, Luis

2.Tello Fernandez, Kelvin

7.Agustin Moncada,Jeferson

3.Gonzales Murayari, Jose Julio

8.

4.Fernandez Valdivia, Kevin

9.

5.Bouby Herrera, Nilson

10.

FIRMA

CARACTERÍSTICAS DE EQUIPOS Y HERRAMIENTAS

Es de color Blanco. .Nos protege del polvo. .Nos protege el cuerpo de sustancias peligrosas.

OTROS RIESGOS

PASOS DE LA TAREA

(Especificar cada paso)

MEDIDAS DE CONTROL

Tener cuidado al trasladarse sin llevar muchos objetos

1. Recoger todos los materiales a usar.

Ser cuidadoso al momento de armar

2.Armar el primer montaje. 3.Calcular el peso de la cuerda.

Ser muy observador

4. Abrir PASCO y colocarlo a 20 Hz.

Ser muy obserbador

5.Utilizar PASCO con el sensor de fuerza conectado.

Ser muy observador

6.Calcular el promedio de la tensión a travez de PASCO con cada grupo de pesas(150gr,200gr y 250gr).

Ser muy observador

7.Medimos la cuerda a 1 m y colocamos 150gr en el extremo libre.

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Ser cuidadoso al momento de armar Puede despenderse

5.Utilizar PASCO con el sensor de fuerza conectado.

Ser muy observador

6.Calcular el promedio de la tensión a travez de PASCO con cada grupo de Ondas y Calor pesas(150gr,200gr y 250gr).

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7.Medimos la cuerda a 1 m y colocamos 150gr en el extremo libre.

Ser muy observador

Ser cuidadoso al momento de armar Puede despenderse algun objeto del montaje realizado

8.Calculamos las frecuencias de 1, 2, 3, 4 y 5 vientres formados. 9.Medimos la cuerda a 0,9 m y colocamos 200 gr en el extremo libre.

Ser muy observador

Ser cuidadoso al momento de armar Puede despenderse algun objeto del montaje realizado

10.Calculamos las frecuencias de 1, 2, 3, 4 y 5 vientres formados. 11.Medimos la cuerda a 0,8 m y colocamos 250 gr en el extremo libre.

Ser muy observador

Ser cuidadoso al momento de armar Puede despenderse algun objeto del montaje realizado

12.Calculamos las frecuencias de 1, 2, 3, 4 y 5 vientres formados.

Ser muy observador

Ser muy observador

13. Adjuntar todos lo datos obtenidos. 14.Calculamos la longitud de onda con los datos obtenidos anteriormente para cada grupo de pesas(150gr, 200gr y 250gr). 15.Apagar y desconectar los materiales ultilizado.

Ser muy observador

Tenar las manos secas y ser cuidadoso

16.Guardar los materiales en sus respectivos lugares.

Verificar y ser cuidadoso al trasladarse

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