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• Santiago Gonzalez Sanchez

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PRACTICA Nº 5 ONDAS MECANICAS

Objetivo General: Describir las características de los fenómenos ondulatorias observados cuando una onda se propaga en un resorte.

OBJETIVO ESPECIFICO   

Analizar cada uno de los factores que presentan las ondas mecánicas: longitud de onda, velocidad, frecuencia, entre otros, y establecer relaciones entre cada uno de ellos. Introducir, experimentalmente, el estudio de los movimientos armónicos simples. Analizar e interpretar los tipio de ondas que se pueden presentar en un resorte.

TEORIA Velocidad de una Onda La velocidad con que se propagan depende del material que sirve como medio de transporte. Cualquier alteración de las propiedades del material, como su temperatura, densidad, etc., hace variar la velocidad de propagación.

En general, las expresiones para determinar la velocidad de propagación de una perturbación mecánica, depende si el medio es sólido, líquido o gas, pero todas tienen la siguiente forma:

La velocidad de una onda se puede calcular perfectamente a partir de la distancia que recorre y del tiempo que emplea, pero también es necesario poder calcular su velocidad a partir de los elementos que la componen, esto se logra gracias a la definición del concepto de longitud de onda. Por definición la longitud de onda es una distancia que recorre la onda en el transcurso de tiempo igual a su periodo. Matemáticamente se relaciona:

PROCEDIMIENTO 1. En un resorte, generar un pulso transversal

2. Generar un pulso longitudinal

3. Generar ondas estacionarias en el resorte

RESULTADOS Y OBSERVACIONES Longitud de onda, frecuencia y periodo Se define la longitud de onda, como la distancia que recorre el pulso mientras un punto realiza una oscilación completa. El tiempo que tarda en realizar una oscilación se llama periodo (T) y la frecuencia (f) es el número de oscilaciones (vibraciones) que efectúa cualquier punto de la onda en un segundo. Una onda longitudinal se produce cuando las partículas del medio en el que se propaga la onda se mueven de un lado a otro en la misma dirección en la que se mueve la onda. Se puede producir una onda longitudinal estacionaria en un resorte blando,. Si el extremo libre del resorte se mueve periódicamente hacia delante y atrás, se observa que hay espiras que permanecen estáticas (nodos), mientras que otras se encuentran en movimiento oscilatorio, producto de la formación de una onda estacionaria debido a la reflexión en el extremo fijo del resorte. La longitud x de la onda longitudinal es el doble de la distancia entre dos espiras estáticas consecutivas. La velocidad de la onda que se propaga en el resorte se determina mediante la siguiente expresión: v = Xf Donde f es la frecuencia con la que se mueve el extremo libre del resorte. Y x la longitud de onda

Ondas transversales Las ondas que provocan un movimiento oscilatorio de las partículas del medio de transmisión en dirección perpendicular a la de propagación se llaman ondas transversales. Tal es el caso por ejemplo de las ondas electromagnéticas y de las ondas S en un medio elástico. Cuando arrojamos una piedra a un estanque, creamos una perturbación que se propaga en el agua. La onda puede ser descrita por una magnitud A llamada amplitud que varía en función de la distancia x al punto de impacto. Podemos identificar la amplitud A(x) con la distancia que nos indique la variación del nivel del agua respecto de su estado en reposo.

Podemos comprobar que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales: si una aumenta la otra disminuye. La fórmula que relaciona ambas magnitudes es x=v/f Que se puede deducir fácilmente. Para una propagación a v=cte, e=v·t y como el espacio recorrido en el tiempo de un período se llama longitud de onda tenemos x=V·T, y sustituyendo T por 1/n obtenemos la relación "longitud de onda inversa a frecuencia". ANÁLISIS 1. En el resorte generar pulsos longitudinales y pulsos transversales que se muevan en sentidos opuestos, observar cuando se encuentran, teniendo amplitud positiva y amplitud negativa. ¿Qué más puede generar? R// Se anulan por ser de sentidos opuestas, debido a que las amplitudes al sumarse se reducen, o en el caso contrario, que las ondas estén en el mismo compas (sentido) se produzca una onda más grande.

2. ¿Que observa de la superposición y de la interferencia de ondas? Explique. R// En la superposición se observa el aumento o la disminución de la amplitud de la onda, esto es debido a que la superposición de ondas se obtiene sumando algebraicamente cada una de las ondas senoidales que componen ese movimiento complejo. En la interferencia se observa una superposición de dos o más ondas que pueden ser constructivas o destructivas. 3. De qué depende la velocidad de la onda en el resorte R// La velocidad de propagación de una onda, no depende de la amplitud A, si no de las características inerciales del medio, en nuestro caso la velocidad de las ondas en los resortes depende de la tensión (T) y de la masa por unidad de longitud U.

CONCLUSIONES 

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Si las partículas del medio en el que se propaga la perturbación vibran perpendicularmente a la dirección de propagación las ondas se llaman transversales. Si vibran en la misma dirección se llaman longitudinales. Las ondas transversales tienen crestas y valles y las longitudinales tienen compresiones y dilataciones. En los dos tipos de ondas una partícula siempre se separa armónicamente de la posición de equilibrio. Si una onda interfiere con otra en determinados puntos puede ocurrir que se anule la vibración formándose un nodo

PRACTICA 6: FENOMENOS ONDULATORIOS EN UNA CUBETA DE ONDAS.

OBJETIVO GENERAL: Mediante la producción de ondas en una cubeta con agua, estudiar los fenómenos de las ondas al propagarse. OBJETIVOS ESPECIFICOS • Observar los fenómenos de reflexión, refracción, interferencia y difracción de las ondas • Observar el fenómeno de reflexión de ondas por obstáculos planos.

TEORÍA: Fenómenos de las ondas al propagarse 

Polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.

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Se denomina reflexión de una onda al cambio de dirección que experimenta ésta cuando choca contra una superficie lisa y pulimentada sin cambiar de medio de propagación. Si la reflexión se produce sobre una superficie rugosa, la onda se refleja en todas direcciones y se llama difusión. En la reflexión hay tres elementos: rayo incidente, línea normal o perpendicular a la superficie y rayo reflejado. Se llama ángulo de incidencia al que forma la normal con el rayo incidente y ángulo de reflexión al formado por la normal y el rayo reflejado. Las leyes de la reflexión dicen que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión y que el rayo incidente, reflejado y la normal están en el mismo plano.

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Difracción de una onda es la propiedad que tienen las ondas de rodear los obstáculos en determinadas condiciones. Cuando una onda llega a un obstáculo (abertura o punto material) de dimensiones similares a su longitud de onda, ésta se convierte en un nuevo foco emisor de la onda. Esto quiere decir, que cuando una onda llega a un obstáculo de dimensión

similar a la longitud de onda, dicho obstáculo se convierte en un nuevo foco emisor de la onda. Cuanto más parecida es la longitud de onda al obstáculo mayor es el fenómeno de difracción. 

Se denomina refracción de una onda al cambio de dirección y de velocidad que experimenta ésta cuando pasa de un medio a otro medio en el que puede propagarse. Cada medio se caracteriza por su índice de refracción. En la refracción hay tres elementos: rayo incidente, línea normal o perpendicular a la superficie y rayo refractado. Se llama ángulo de incidencia al que forma la normal con el rayo incidente y ángulo de refracción al formado por la normal y el rayo refractado. Cuando la onda pasa de un medio a otro en el que la onda viaja más rápido, el rayo refractado se acerca a la normal, mientras que si pasa de un medio a otro en el que la onda viaja a menos velocidad el rayo se aleja de la normal.

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El efecto Doppler es un fenómeno físico que consiste en una variación de la frecuencia y la longitud de onda recibidas respecto de la frecuencia y la longitud de onda emitidas, que es causada por el movimiento relativo entre el foco emisor de las ondas y el receptor.

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Se denomina interferencia a la superposición o suma de dos o más ondas. Dependiendo fundamentalmente de las longitudes de onda, amplitudes y de la distancia relativa entre las mismas se distinguen dos tipos de interferencias: Constructiva: se produce cuando las ondas chocan o se superponen en fases, obteniendo una onda resultante de mayor amplitud que las ondas iniciales. Destructiva: es la superposición de ondas en antifase, obteniendo una onda resultante de menor amplitud que las ondas iniciales.

Materiales Cubeta de onda, vidrio, regla, agitador eléctrico.

Procedimiento. 1- en la cubeta de ondas producir ondas planas. En cada caso que ocurre y porque.

ab-

cd-

e-

f-

g-

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Figura A) Ocurre el fenómeno de difracción este es característico de las ondas, consiste en el curvado y expansión de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción también ocurre cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propagan. Figura B) Ocurre el fenómeno de difracción y superposición de ondas; se producen cuando la longitud de onda es mayor al de las dimensiones del

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objeto, por lo tanto los efectos de difracción y superposición disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda Figura C) El mismo cao de difracción. Figura D) Ocurre el caso de refracción, es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Solo se produce sin la onda incidente de oblicuamente sobre la superficie de separación de los 2 medios y si estos tienen índices de refracción distintos. Figura E y F) Ocurre el fenómeno por el cual el rayo de luz que toma es reflejado en forma circular. Figura G) Ocurre el fenómeno por el cual el rayo de luz que toma es reflejado en forma plana.

2- En la cubeta de ondas producir frentes de onda circulares Con los frentes de ondas circulares, Repetir cada uno de los casos Anteriores y explicarlos.

3Con dos fuentes puntuales De ondas circulares, observar y describir los fenómenos de superposición e interferencia de ondas.

ANÁLISIS

1- ¿Qué ocurre con una onda cuando se aleja del lugar donde se produce? R// Cuando se alejan del lugar donde se produce la onda se alarga

2-¿Qué transmite una onda en su propagación? R// cuando una onda se propaga esta transmite energía. 3- ¿Por qué emisoras lejanas se pueden oír mejor de noche que de día? R// La radio am (Modulación por Amplitud ) se transmite por mucha más distancia que la fm (modulación por frecuencia) y la sw(radio de onda corta[short wave]) al igual que la am son tipos de modulación la cual pueden viajar grandes distancias por su forma de difundir, la fm es una forma de modulación muy eficaz y se escucha muy bien pero por eso no llega a grandes distancias en cambio la am y sw no se escucha perfectamente pero por sus características puede llegar mucho más lejos que la fm. Se sabe que la FM supera con creces a la AM en lo que a calidad se refiere, en cuanto al alcance de la señal es lo contrario. La clave está en las diferentes formas que tienen las ondas al desplazarse. Las radios que transmiten en FM trabajan en frecuencias entre 88 y 108 Megahercios. Si echamos una ojeada a la tabla que divide el espectro radioeléctrico, veremos que estas frecuencias están dentro del rango de las Muy Altas Frecuencias (VHF). Las ondas electromagnéticas de este rango tienen longitudes bastante pequeñas y se desplazan por el espacio en línea recta. Esto significa que, como no tienen lugar para “apoyarse” y rebotar llegando más lejos, se atenúan rápidamente y las distancias que cubren no son muy grandes. Al contrario, las AM son de frecuencias más bajas, por lo que tienen longitudes de onda más largas. Eso les otorga una doble ventaja respecto a la FM en cuando a la cobertura. RELSUTADOS Y OBSERVACIONES En el laboratorio se analizó el comportamiento experimental de una onda, dentro del montaje (cubeta de ondas).La práctica se enfoca en la observación, generación y propagación de pulsos y ondas de tipo periódicas sobre la superficie del agua, donde al ser empleados en la cubeta de ondas, se analiza este fenómeno con gran facilidad con el objetivo de verificar tanto el frente de onda , como la ley de reflexión, principio de Hueyengs (principio de superposición) además de los fenómenos de difracción e interferencia. Aquí se pudo observar que la velocidad de onda depende de las propiedades del medio, al utilizar un vidrio lo único que se logra es cambiar de medio (sus propiedades), con dicho vidrio se pretende cambiar de velocidad al cambiar de medio variando la profundidad, la onda en dicho punto viaja a una determinada profundidad y al llegar al obstáculo viaja a una profundidad distinta. En los frentes de onda la longitud se reduce; lo

cual indica que la velocidad depende de la profundidad, en la manera en que a mayor profundidad mayor velocidad.

Cada círculo generado por el vibrador es un frente de onda y la distancia que hay entre una zona brillante y una zona oscura consecutiva es media longitud de onda y entre dos zonas brillantes consecutivas se tiene una longitud de onda.

De la siguiente manera es posible medir la longitud de onda, si se miden dos frentes de ondas consecutivos (la distancia) y con la frecuencia se puedo obtener la velocidad con la que viaja la onda; pero para hallar la longitud de onda real se debe emplear una ecuación trigonométrica. h= 28.5 cm H= 66.5 cm λ’= 3.2cm λ= 1.37 cm F= 9.00 Hz

CONCLUSIONES 

Las ondas son producidas a partir de una fuente, y su velocidad depende de características inerciales del medio.

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Se pueden utilizar distintos elementos o materiales para cambiar la dirección y sentido de una onda, generando los llamados fenómenos ondulatorios. Los fenómenos ondulatorios harán variar ciertas propiedades de las ondas, en el caso de la reflexión las ondas tomaran la forma del objeto donde son reflejadas y la interferencia puede ser destructiva o constructiva.

ONDAS MECANICAS Y FENOMENOS ONDULATORIOS EN UNA CUBETA DE ONDAS.

SANTIAGO GONZALEZ SANCHEZ ISAURA VILLALBA MONTERROZA ANDRES WILCHES DE ARCO

Prof. AMADO PEREZ

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA 31/08/2016 MONTERIA BIBLIOGRAFIA

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Blas Martín Teresa y Fernández Serrano Ana. Solido rígido. Universidad Politécnica de Madrid (UPM) - España. http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/solido/miner cia.html