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• Renato Cuentas

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS LABORATORIO DE FISICA II

LABORATORIO DE FÍSICA II

Informe Nº 02 EXPERIENCIA DE MELDE (MOVIMIENTO VIBRATORIO)

INTEGRANTES: o CRUCES MALDONADO STEPHANY REÁTEGUI PASCASIO ISRAEL o RIOS SOMOZA RICHARD

2015 Página 1

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EXPERIENCIA DE MELDE (MOVIMIENTO VIBRATORIO)

EXPERIENCIA N° 02

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IV. PROCEDIMIENTO MONTAJE Tome la cuerda completa, mida su masa, longitud • masa mC = 0.0004 kg. • longitud L = 1,585 m. • densidad µ = 0.000252 kg/m.

Monte el equipo según el diseño experimental de la figura 1, tal que la polea y el vibrador queden separados aproximadamente 1,5 m y la cuerda en posición horizontal. Dibuje y describa una onda.

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1. Coloque en el portapesas, pesas adecuadas buscando generar ondas estacionarias de 7 u 8 armónicos (T = mg ). Mida la “media longitud de onda” λ/2 producida (distancia entre nodo y nodo o entre cresta y cresta). ¿Qué son ondas estacionarias? Las ondas estacionarias son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles.

2. Adicione pesas a fin de obtener ondas estacionarias de 6, 5, 4 y 3 antinodos. Mida la longitud de onda siguiendo el procedimiento anterior. Anote los valores correspondientes en la Tabla 1.

Número de cresta 3 4 5 6 7 8

T(N) 4.018 2.45 1.568 1.176 0.784 0.588

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λ(m) λ2(m2) 1.12 1.2544 0.76 0.5776 0.66 0.4356 0.56 0.3136 0.46 0.2116 0.4 0.16

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3. Haga una grafica T versus λ. Analice y describa las características de la gráfica.

Podemos observar en la gráfica que a mayor longitud de onda, mayor es la tensión es decir son directamente proporcionales. La grafica producida de los datos de tensión con respecto a la longitud de onda es similar a una parábola. Melde pudo demostrar que la relación existente entre la tensión eléctrica y la longitud de onda es de naturaleza cuadrática. De esta manera estableció que así se presenta el comportamiento de la frecuencia en las ondas estacionarias.

4. Conociendo la frecuencia del generador de ondas colocando una masa total constante en el portapesas de 0.2 kg llene la tabla 2 y determine la velocidad con la cual la onda viaja a través de la cuerda. Tabla 2

No de armónicos

L(cm)

1

39,5

2

79

3

112,5

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4

143

5

158,5 𝑇 𝑣=√ 𝜇

Para: 1 armónico 1,96𝑁 𝑣=√ 𝑘𝑔 1,01𝑥10−3 𝑚 𝑚 𝑣 = 0,044 ⁄𝑠 2 armónicos 1,96𝑁 𝑣=√ 𝑘𝑔 5,06𝑥10−4 𝑚 −3 𝑚⁄ 𝑣 = 6,22𝑥10 𝑠 3 armónicos 1,96 𝑁 𝑣=√ 𝑘𝑔 3,56𝑥10−4 𝑚 −3 𝑚⁄ 𝑣 = 7,42𝑥10 𝑠 4 armónicos 1,96 𝑁 𝑣=√ 𝑘𝑔 2,80𝑥10−4 𝑚 −3 𝑚⁄ 𝑣 = 8,37𝑥10 𝑠 5 armónicos 1,96 𝑁 𝑣=√ 2,52𝑥10−4 𝑣 = 8,82𝑥10−3 𝑚⁄𝑠

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V. EVALUACIÓN 1. ¿Qué relación existe entre una curva senoidal y una onda? El movimiento ondulatorio simple gráficamente esta visto como una senoidal, es decir que varía respecto al tiempo, en si una curva senoidal es la representación del movimiento ondulatorio simple. 2. ¿Qué es un frente de onda? Se denomina frente de onda al lugar geométrico en que los puntos del medio son alcanzados en un mismo instante por una determinada onda. Dada una onda propagándose en el espacio o sobre una superficie, los frentes de onda pueden visualizarse como superficies que se expanden a lo largo del tiempo alejándose de la fuente que genera las ondas sin tocarse entre sí.

3. ¿Qué da lugar a una onda estacionaria? Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

4. ¿Qué es la levitación sonora? ¿De qué manera es utilizada 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, de ahí el nombre de levitación. Es utilizada para levitar muestras de unos cuantos gramos y dimensiones de unos cuantos milímetros, para lograr la levitación generalmente se requiere el uso de ondas estacionarias y niveles sonoros muy elevados (del orden de 155 dB). Este fenómeno se emplea cuando es necesario mantener una muestra suspendida en el aire sin necesidad de contacto, ya sea por riesgo de contaminación o reacción química entre la muestra y el contenedor empleado, como sería el caso de una gota de metal derretido, que por su temperatura podría reaccionar, o una planta de fabricación de circuitos integrados en la que

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el contacto con las obleas de silicio representa un serio riesgo de contaminación. También puede aplicarse para realizar distintas mediciones de parámetros físicos de la muestra, como viscosidad, si se trata de una gota de líquido.

5. Explique la diferencia entre una onda transversal y una longitudinal.

En las ondas longitudinales, la energía se transmite a través de un medio por la colisión de partículas en movimientos paralelos a la dirección de desplazamiento. En las ondas transversales, la oscilación es perpendicular a la dirección de la onda. 6. ¿Qué aplicaciones hay en la actualidad del experimento de Mendel? 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. Algunos ejemplos: Ecografía: La ecografía es un procedimiento de radiología que emplea los ecos de una emisión de ultrasonidos dirigida sobre un cuerpo u objeto como fuente de datos para formar una imagen de los órganos o masas internas con fines de diagnóstico. Un pequeño instrumento similar a un micrófono llamado transductor emite ondas de ultrasonidos. Estas ondas sonoras de alta frecuencia se transmiten hacia el área del cuerpo bajo estudio, y se recibe su eco. El transductor recoge el eco de las ondas sonoras (fenómeno de las ondas estacionarias) y una computadora convierte este eco en una imagen que aparece en la pantalla del ordenador. Telecomunicaciones: Al realizarse una transmisión de televisión o una comunicación radial o telefónica, se producen las ondas estacionarias. Las radiofrecuencias de televisión, aparatos de fax, telefonía móvil, y transmisiones satelitales se producen en el campo electromagnético. La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. Cada punto donde ambas ondas se encuentran representan un nodo. Esta superposición de ondas genera un efecto de ondas estacionarias.

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VI. Conclusiones * En este experimento se estudió la creación de ondas estacionarias utilizando un vibrador eléctrico, unas masas para crear tensión y una cuerda como medio de propagación. Con los valores hallados, se encontró la frecuencia de onda experimental. Con dicho resultado demostramos que Melde estaba en lo correcto al sospechar que la frecuencia se ve alterada cuando sucede el fenómeno de la interferencia de ondas. * Las ondas transversales mecánicas producidas en la cuerda impulsadas por el vibrador eléctrico, viajan a hacia la polea que conduce al otro extremo del mismo, donde es producida una determinada tensión mecánica sobre la cuerda. Al encontrarse ambas ondas viajando en direcciones opuestas se produce un fenómeno de interferencia de ondas. Al tensarse apropiadamente la cuerda, manteniendo la distancia entre el pulsador eléctrico y la polea, se producen ondas estacionarias, en las cuales existen puntos de su trayectoria denominados nodos que permanecen inmóviles. * Las ondas estacionarias son el resultado de una superposición de ondas transversales al reflejarse, ya que el extremo del medio donde se propagan, es fijo. * Se observó que para ir incrementando el número de crestas, se debía ir disminuyendo la masa presente en el porta pesas, con lo cual disminuía la tensión, ya que la masa y el peso poseen una relación directamente proporcional. Al mismo tiempo se observó que al incrementar el número de crestas, la longitud de onda disminuía. * También se observó que la longitud de onda producida por una determinada tensión, no era la misma en todas las crestas generadas, por ello en nuestro caso registramos el promedio de todas ellas. * Experimentalmente se pudo comprobar que la tensión tiende a ser proporcional a la longitud de onda al cuadrado.

V. RECOMENDACIONES: * Revisar el equipo que se le entregue al iniciar la práctica y notificar de inmediato al funcionario encargado, sobre cualquier irregularidad que descubra en el equipo o en cualquier elemento o insumo asignado para la práctica.

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* Revisar que la cuerda esté bien sujetada al poste del vibrador eléctrico, y que éste extremo de la cuerda y el otro que se hace pasar a través de una polea fija se encuentren en una posición horizontal, con la finalidad de evitar errores que afecten los resultados. * Para asegurar que el porta pesas se encuentre en una posición vertical, se recomienda hacer uso de una plomada. * Una vez que se agregue o disminuya la masa, se recomienda que esperar a que esta se estabilice para proceder a observar el número total de crestas que se formaron. * Observar y verificar que todas las crestas que se generan sean uniformes y completas, para proceder con el registro de los datos. * Manejar los materiales y equipos con la debida precaución para la seguridad y mejor conservación de los mismos, según las indicaciones del docente. * Anotar con letra clara y legible las mediciones u otros datos al momento de realizar los experimentos, ya que así tratamos de evitar los errores en los cálculos

Bibliografía: 

Guía Laboratorio de Física

 *http://biblioteca.pucp.edu.pe/docs/elibros_pucp/medina_hugo/Medina_Fisic a2_Cap3.pdf  * http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_estacionaria  * http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Melde

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