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• Diego Montes

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FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA 1. Título de la práctica de Laboratorio:

ONDAS EN UNA CUERDA Integrantes:  ____________________________  ____________________________  ____________________________  ____________________________

Código: ______________ ______________ ______________ ______________

2. OBJETIVOS: General: 

El propósito de esta actividad es estudiar las características de una onda en una cuerda.

Específicos:  

Verificar el comportamiento de una onda en cuerdas con extremos fijos, móviles y sin fin. Medir longitudes de onda, periodo, frecuencia en sistemas con tensión y amortiguamiento variable, la reflexión y superposición de las mismas.

REFERENTES CONCEPTUALES Y MARCO TEÓRICO:

Todas las ondas mecánicas requieren 1) alguna fuente de perturbación, 2) un medio que contenga elementos que sean factibles de perturbación y 3) algún mecanismo físico a partir del cual los elementos del medio puedan influirse mutuamente. Una forma de demostrar el movimiento ondulatorio es sacudir un extremo de una larga cuerda que este bajo tensión y tenga su extremo opuesto fijo como se muestra en la figura 16.1. De esta forma, se crea un solo “chichon” (llamado pulso) que viaja a lo largo de la cuerda con una rapidez definida. La figura 16.1 representa cuatro “instantáneas” consecutivas de la creación y propagación del pulso viajero. La cuerda es el medio a través del cual viaja el pulso; este alcanza una altura y una rapidez de propagación definidas a lo largo del medio (la cuerda). La forma del pulso cambia muy poco a medida que viaja a lo largo de la cuerda.

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Sabiendo que:

La frecuencia de la onda es la misma que la frecuencia de la oscilación armónica simple de un elemento del medio. La unidad de frecuencia más común, como se aprendió es 𝑠 −1 , o hertz (Hz). La correspondiente unidad para T es segundos. La máxima posición de un elemento del medio relativo a su posición de equilibrio se llama amplitud A de la onda. La función de onda se expresa en una forma conveniente al definir otras dos cantidades, l número de onda angular k (por lo general simplemente llamado número de onda) y la frecuencia angular 𝝎:

Del mismo modo, ya que es más difícil acelerar un elemento pesado de la cuerda que un elemento ligero, la rapidez de la onda debe disminuir a medida que aumente la masa por

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA unidad de longitud de la cuerda. Si la tensión en la cuerda es T y su masa por unidad de longitud es 𝜇 (letra griega mu), la rapidez de onda, como se demostrara, es

Muchos fenómenos ondulatorios interesantes en la naturaleza no se pueden describir mediante una sola onda progresiva. En vez de ello, se debe analizar estos fenómenos en términos de una combinación de ondas progresivas. Para analizar tales combinaciones ondulatorias, se utiliza el principio de sobre posición: Si dos o más ondas progresivas se mueven a través de un medio, el valor resultante de la función de onda en cualquier punto es la suma algebraica de los valores de las funciones de onda de las ondas individuales. 𝜑 𝜑 𝑦 = 2𝐴 cos ( ) cos (𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 + ) 2 2

En el caso de las ondas estacionarias, se puede asumir el modelo para la interferencia de ondas viajando en direcciones contrarias; en donde la interferencia de dos ondas se puede expresar como: 𝑦 = 2𝐴 sen(𝑘𝑥) cos(𝜔𝑡)

Y las frecuencias fundamentales se relacionan a partir de: 𝑓𝑛 =

𝑛1 𝑇 √ 2𝐿 𝜇

PROCEDIMIENTO: 1. Acceder al simulador a través de la página web: https://phet.colorado.edu/es/simulation/wave-on-a-string 2. Reconozca las opciones que le presenta el applet, para ello realice cambios explore el entorno



Active el simulador en forma manual (realice un movimiento hacia y abajo con la llave), genere un pulso para un extremo fijo (Fixed end) y luego libre (Loose end), sin amortiguamiento (Damping), varié la tensión y el amortiguamiento, luego responda a las preguntas:

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¿La velocidad del pulso es inversamente proporcional a la tensión de la cuerda? ¿La energía del sistema se disipa debido al amortiguamiento? Si es así ¿en que se convierte la energía? Explique qué pasa con el pulso cuando el extremo es libre al devolverse y cambiar de sentido. ¿A qué se debe este fenómeno? 3. Seleccione las opciones; Oscilar, sin extremo, amplitud (0.5 cm), frecuencia (1.50 Hz), amortiguamiento (0) y tensión (alta): a. Escoja la selección lenta (Slow motion), ubique la regla (Rulers) y el reloj (Timer).

b. Indique los valores de: periodo, frecuencia angular 𝜔, número de onda 𝑘, velocidad máxima y aceleración máxima. c. Indique la velocidad de una partícula en el instante t=3 s. d. Formule la ecuación de onda progresiva que se forma y agregue un pantallazo del evento. 4. Ahora, seleccione la opción pulso con extremo fijo; en vista lenta, amplitud de (0.50 cm) y ancho de pulso (0.20 s), espere a que el pulso se refleje y envié otro pulso;

Explique qué sucede cuando ambos pulsos se encuentran, en términos de energía:

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5. Seleccione las opciones; oscilación, oscilación sin extremo, visualización normal, con las siguientes indicaciones:

Determine: a. La tensión en la cuerda, si la densidad de masa 𝜇 = 0,45 b. La ecuación de la onda.

CONCLUSIONES: BIBLIOGRAFIA: