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• Jhon Alejandro Moreno Rodriguez

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Fenomenología de ondas Febrero 28, 2020

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y APLICADAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Mauricio Acevedo Avendaño, [email protected] Víctor Leonardo Acosta Salinas, [email protected] Carlos Rodrigo Rincón Forero, [email protected] Deisy Milena Bernal Latorre, [email protected]

Fenomenología de ondas Febrero 28, 2020 FENOMENOLOGÍA DE ONDAS

RESUMEN

En esta practica se estudiara el comportamiento y propiedades de las ondas mecánicas que se propagan a través de agua y se verificara las propiedades de reflexión, refracción, difracción e interferencia, esto se conseguirá generando ondas en una cubeta de agua por medio de un vibrador electromagnético a el cual se le ajustaran los parámetros de la onda que va a generar tales como la longitud de ondas, la frecuencia entre otros, luego por medio de una luz estroboscópica se observara los frentes de ondas y sus longitudes para poder saber a qué velocidad se están propagando y por medio de modificaciones del medio se verificaran las propiedades restantes, esto con el objetivo de verifica las ley de snell y la ley de huygens y si sus teorías se cumplen en la práctica.

Palabras claves: Propagación, Longitud de onda, frente de onda, frecuencia.

ABSTRACT

In this practice the behavior and properties of the mechanical waves that propagate through water will be studied and the properties of reflection, refraction, diffraction and interference will be verified, this will be achieved by generating waves in a water bucket by means of an electromagnetic vibrator to which the parameters of the wave to be generated will be adjusted such as the wavelength, the frequency among others, then by means of a strobe light the wave fronts and their lengths will be observed to be able to know at what speed They are propagating and through modifications of the environment the remaining properties will be verified, this with the objective of verifying the snell law and the law of huygens and if their theories are fulfilled in practice.

Key words: Propagation, Wavelength, wavefront, frequency.

1. INTRODUCCIÓN las ondas son una parte fundamental en las comunicación y diseño de estructuras mecánicas por lo que entender sus características principales es de vital importancia, además de que su interacción con los diferentes medios en los que se puede propagar puede causar diferentes fenómenos tales como difracción, refracción, reflexión los cuales son la parte principal en el diseño de fuentes generadoras de ondas así que esta práctica busca entender y comprender el

Fenomenología de ondas Febrero 28, 2020 movimiento ondulatorio por medio de experimentos en el laboratorio los cuales proporcionaran datos y características de las ondas mecánicas.

2. OBJETIVO GENERAL Generar ondas por medio de un vibrador electromagnético en una taza con agua para estudiar sus caracteristas y fenómenos físicos.

3. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Generar ondas por medio de un vibrador electromagnético.



Estudiar las características de los frentes de ondas esféricas.



Producir por medio de las ondas fenómenos como difracción e interferencia.

4. MARCO TEÓRICO La onda se considera como la propagación de una vibración originada en un punto, la definición más simple establece que una onda consiste en una perturbación que se propaga con una determinada dependencia espacio-temporal. Existe una amplia variedad de cantidades físicas cuya oscilación con el tiempo se propaga en el espacio constituyendo ondas, por ejemplo el sonido. Dentro de las ondas encontramos las mecánicas que son aquellas que requieren de un medio material para su propagación y dentro de estas podemos clasificarlas en relación con la dirección de propagación en [1]: 

Ondas longitudinales que se caracterizan porque las partículas de medio se mueven paralelamente a la dirección de su propagación.



Ondas transversales son las ondas que se caracterizan porque las partículas del medio se mueven perpendicularmente a la propagación de la onda

También podemos clasificarlas de acuerdo con la forma de propagación en: 

Lineales Son las que se propagan en una sola dimensión como por ejemplo el movimiento de una cuerda o el movimiento de un resorte.



Superficiales son las que se difunden en dos dimensiones como las que se producen en un líquido cuando se les arroja un objeto, o las que se producen por una lámina.

Fenomenología de ondas Febrero 28, 2020

ELEMENTOS DE ONDA: Ciclo: Es una oscilación o viaje completo de ida y vuelta. Cresta: Es el punto más alto de dicha amplitud. Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre dos crestas consecutivas. Longitud de onda: Es la distancia entre dos crestas seguidos suele medirse en metros. Nodo: Es el punto donde la onda cruza el punto de equilibrio. Elongación: Es la distancia que hay en la forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio. Periodo: Es el tiempo para un ciclo completo de oscilación de la onda. Frecuencia: Es el numero de oscilaciones completas descritas en la unidad de tiempo. Medida en Herz. La frecuencia esta relacionada con el periodo como. 1 f = (1) T Frecuencia angular: Representa la frecuencia en radianes por segundo. Esta relacionada por la frecuencia por w=2 π f =

2π (2) T

Velocidad de las ondas: La velocidad de la onda es una descripción de cuan rápido viaja una onda y esta relacionada con la frecuencia, el periodo y la longitud de onda a través de las siguientes ecuaciones: λ v= (3) T

Fenomenología de ondas Febrero 28, 2020 v=λf (4) PROPIEDADES DE ONDA: Difracción: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.

Figura 1. Difraccion de ondas

Refracción: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

Reflexión: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección [2].

5. MATERIALES 

Simulador de ondas.

6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El experimento consiste en que por medio de una simulación de una cubeta con agua y mediante un vibrador electromagnético (puntual o plano) se generan frentes de ondas con una frecuencia y amplitud definida por un generador de ondas y utilizando las herramientas del software generar los efectos físicos de la difracción y interferencia para observar los comportamientos de la onda en estas situaciones.

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7. TABLAS Y DATOS EXPERIMENTALES

Tabla 1. Datos obtenidos onda esférica. amplitud(cm) 0,36 0,54 0,95 1,26 1,62

Periodo(s)

Longitud de onda(cm)

1,8 1,7 1,5 1,3 1,1

1,2 1,1 0,7 0,6 0,5

Periodo vs Longitud de onda 1.4 1.2 f(x) = 1.04 x − 0.72 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

Figura 2. Comportamiento de la longitud de onda respecto al periodo.

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Amplitud vs Longitud de onda 1.4 1.2 f(x) = − 0.59 x + 1.37 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Figura 3. Comportamiento de la longitud de onda respecto a la amplitud.

Tabla 2. Datos característicos de la onda. Periodo (s)

Amplitud (cm)

1,8 1,7 1,5 1,3 1,1

0,36 0,54 0,95 1,26 1,62

Interferencia entre ondas:

Longitud de onda (cm)

1,2 1,1 0,7 0,6 0,5

Frecuencia = 1 (Hz) T

Velocidad de fase=λf (m/s)

0,55 0,58 0,66 0,76 0,90

0,66 0,63 0,46 0,45 0,44

Número de 2π onda= λ (rad/m) 5,23 5,71 8,97 10,47 12,56

Fenomenología de ondas Febrero 28, 2020 Figura 4. Interferencia entre ondas. A(máx)ondaresultante = A(máx )1 + A(máx )2 A(m ín)ondaresultante= A(mín)1+ A(mín)2

Frente de onda plata atravesando una ranura:

Longitud de onda = longitud de la rendija:

Figura 5. Onda pasando a través de una rendija.

Longitud de la rendija > Longitud de onda:

Figura 5. Onda atravesando una rendija.

Difraccion:

Fenomenología de ondas Febrero 28, 2020

Figura 6. Difraccion de una onda electromagnética.

8. ANALISIS DE RESULTADOS

-

En la figura 2 se puede observar que a medida que aumentamos el periodo la longitud de onda también lo hace con una relación casi lineal, en cambio en la figura 3 se observa que a medida que aumentamos la amplitud la longitud de onda disminuye.

-

En el caso de la interferencia entre ondas se pudo observar que las zonas mas brillantes de la figura 4 correspondían a los máximos de una onda estacionaria y que los puntos negros a los mínimos y además las amplitudes de esta onda son mas grandes que de las dos que la formaron.

-

Cuando se hizo pasar una onda plana a través de una rendija que tenia la misma longitud que la longitud de onda de la onda, esta cambio a una onda esférica y formo un patrón de difracción débil por el contrario al ser la longitud de la rendija > longitud de onda se observó un patrón de difracción fuerte.

-

En el experimento virtual de difracción de una onda electromagnética se vio reflejada en un panel que estaba detrás de abertura circular de donde paso la onda, mostrando un patrón que se asemeja a una difracción fuerte.

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9. CONCLUSIONES



La longitud de onda tiene una relación directamente proporcional con el periodo.



Las ondas mecánicas a medida que se van desplazando en un medio van perdiendo energía.



La interferencia se da cuando la cresta de una onda de encuentra con el valle de otra causando una pérdida de información en las ondas.



Cuando una onda mecánica pasa a través de una ranura se ve menos afectada por el fenómeno de la difracción que una onda electromagnética.

10. REFERENCIAS

[1] Libro Digital: Volumen 1 y 2. Sears – Semansky, et al. Física universitaria con física moderna. Vol. Editorial Pearson Education. Edición 13. Año 2013. [2] Serway. R., et al., Física para ciencias e ingeniería. Vol. I y II. Editorial Cengage Learning. Edición 9. Año 2014.