• Author / Uploaded
• Joaquin Fajardo

Citation preview

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA II

2015-1

ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA Objetivos • Estudiar las ondas estacionarias en una cuerda. • Determinar la velocidad de propagación de una onda en una cuerda mediante un patrón de ondas estacionarias con una frecuencia conocida. Fundamentación Se puede establecer un sistema de ondas estacionarias en una cuerda como se observa en la figura 1, cuando se conecta un extremo a un sistema de vibración y se tensiona la cuerda colocando pesas en el extremo libre que pasa por una polea. Las pesas representan la tensión a la cual está sometida la cuerda.

Figura No 1. Ondas Estacionarias en cuerdas. Tomado de Física Universitaria. 12 ed. Young & Freedman

El vibrador origina un tren de ondas que viaja hacia el otro extremo y se refleja. La velocidad de propagación de una onda cualquiera se puede encontrar con la relación: (1) v =λf La velocidad de propagación de una onda transversal en una cuerda depende de la magnitud de la tensión a la cual es sometida: v=

T

µ

(2)

Donde µ es la densidad lineal de la cuerda. El modo de vibración de una cuerda se puede determinar según el número de vientres o antinodos que se forman, con la siguiente expresión: n n T fn = v= donde n = 1, 2, 3, ... (3) 2L 2L µ

Práctica: Ondas Estacionarias en una Cuerda Coordinación de Física 2

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA II

2015-1

Material cuerda Interface Science 850

Polea y prensa Amplificador de potencia

Juego de pesas metro

ACTIVIDADES Instalación del equipo: Instale el equipo como se muestra en la Figura 2, conectando el generador de señales a uno de los canales analógicos de la interfaz.

Figura 2. Esquema del montaje experimental

Configuración de programa Inicie el programa Capstone y conecte el amplificador de potencia al canal analógico correspondiente (Figura 3).

Figura 3.

En la ventana del generador de señales elija la interface 850 salida 1, luego seleccione una salida sinusoidal y fije una amplitud de 1,0 V (Figura 4).

Práctica: Ondas Estacionarias en una Cuerda Coordinación de Física 2

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA II

2015-1

Figura 4.

Actividad 1. Determinación directa de la de la densidad lineal de masa de la cuerda. Tome un trozo largo de cada una de las cuerdas que vaya a usar, mida su longitud y su peso y calcule de forma directa la densidad lineal de masa. Determinación de la de la densidad lineal de masa de la cuerda. Coloque en el extremo libre de la cuerda una masa de 20 g. En la ventana del Generador de señales seleccione una frecuencia de 30Hz y presione el botón Encendido para que el sistema empiece a vibrar. Mueva cuidadosamente el equipo de vibración hacia la polea o lejos de ella hasta lograr un modo de vibración estable y bien definido (en estas condiciones se puede decir que 30Hz es una de las frecuencias de resonancia del sistema). En estas condiciones, mida la respectiva longitud de onda λ (si no se observa muy bien la onda estacionaria, aumente un poco más la amplitud). Repita el procedimiento anterior para otras seis masas diferentes (aumentar en pasos de 10g), conservando constante la frecuencia. Registre estos datos en la Tabla 1 (Las tablas deben diseñarse con el programa Capstone). Tabla 1.

Frecuencia: (Hz) Tensión, T ( N ) Longitud de onda, λ ( m )

Práctica: Ondas Estacionarias en una Cuerda Coordinación de Física 2

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA II

2015-1

Repita el procedimiento anterior para dos frecuencias más (60 y 90Hz) y complete las tablas 2 y 3. Tabla2.

Frecuencia: Tensión, T (N)

Tabla 3.

(Hz)

Frecuencia:

Longitud de onda,

(Hz)

Tensión, T (N)

λ (m)

Longitud de onda, λ (m)

Actividad 2. Determinación de la velocidad de propagación de una onda en una cuerda Fije ahora la masa suspendida ( 20 g ≤ m ≤ 50 g ). Varíe la frecuencia entre 30 y 100Hz en pasos de 10Hz y mida la longitud de onda correspondiente a un modo de vibración bien definido, llevando los datos a la Tabla 4. Tabla 4.

Tensión, T ( N ) Frecuencia ( Hz ) Longitud de onda, λ ( m )

Práctica: Ondas Estacionarias en una Cuerda Coordinación de Física 2

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FÍSICA II

2015-1

Análisis Actividad 1. Determinación de la de la densidad lineal de masa de la cuerda: Sobre un mismo gráfico, dibuje la curva λ 2 vs. T para cada frecuencia. ¿Qué clase de comportamiento observa? Para cada frecuencia encuentre la densidad lineal de masa de la cuerda, con su respectiva incertidumbre absoluta y relativa. Reporte la densidad de masa de la cuerda como el promedio de las tres densidades encontradas junto con sus incertidumbres absoluta y relativa. Actividad 2. Determinación de la velocidad de propagación de una onda en una cuerda Haga un gráfico de longitud de onda en función de la frecuencia. ¿Qué clase de comportamiento observa? 1 y encuentre la velocidad de propagación de la onda. Reporte este valor f junto con sus incertidumbres absoluta y relativa.

Grafique λ vs

Calcule la velocidad de propagación de la onda mediante la relación v=

T

µ

Donde µ es la densidad lineal de masa promedio encontrada en la actividad anterior. Reporte este valor junto con sus incertidumbres absoluta y relativa.

Bibliografía Baird D. E. Experimentación. Prentice Hall. México 1991. Bauer Westfall. Física para ingeniería y ciencias. Volumen 1. Mc GrawHill 2011. Sears-Zemansky-Young-Freedman. Física Universitaria. Volumen 1. Addison_Wesley. 13 ed. 2014

Práctica: Ondas Estacionarias en una Cuerda Coordinación de Física 2