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República de PanamáDirección Regional de Los Santos
Universidad Tecnológica de PanamáFacultad de Ingeniería Eléctrica
Lic. en Ingeniería Electromecánica
Laboratorio de Física # 5
“Análisis cualitativo de la transmisión de ondas”
Integrantes:
Miguel Moreno
Antony García
Rolando Mendieta
Angel Mendieta
Profesor:
Javier Velarde
Fecha de Entrega:
18 de septiembre de 2012
Cuarto Semestre
Introducción
El movimiento ondulatorio aparece en casi todos los campos de la Física.
Sin duda alguna, la noción más intuitiva que tenemos del movimiento
ondulatorio está asociada con las ondas producidas por el viento o
alguna otra perturbación sobre la superficie del agua. Oímos un foco
sonoro por medio de las ondas (ondas sonoras) que se propagan en el
aire o en cualquier otro medio material- y las vibraciones del propio foco
(ejemplos: la cuerda de una guitarra, la columna de aire en un tubo
sonoro, etc.) constituyen una onda denominada onda estacionaria.
Muchas de las propiedades dela luz se explican satisfactoriamente por
medio de una teoría ondulatoria, estando firmemente establecido hoy
día que las ondas luminosas tienen la misma naturaleza que las
radiondas, las radiaciones infrarrojas y ultravioletas, los rayos X y la
radiación gamma.
Uno de los progresos más importantes de la Física del siglo XX ha sido el
descubrimiento de que toda la materia está dotada
de propiedades ondulatorias (ondas de materia) y que, por ejemplo,
un cristal difracta del mismo modo un haz de electrones que un haz de
rayos X.
Esperemos que esta experiencia sea del agrado del lector.
Objetivos
Analizar cualitativamente el concepto de onda.
Calcular frecuencia, periodo, longitud y velocidad de propagación
de una onda.
Valorar el estudio del modelo ondulatorio para la explicación de los
fenómenos mecánicos y electromagnéticos.
Materiales
Metro
Resortes de diferentes densidades
Cronómetro
Análisis indagatorio
Si sabemos que las seis cuerdas de una guitarra tienen la misma
longitud y están sometidas a una tensión muy parecida, pero tienen
diferente espesor. ¿En qué cuerda viajan con mayor rapidez las ondas?
¿Influyen estos parámetros en la frecuencia de oscilación?
R- El tono de una cuerda depende de su peso y por tanto de
su diámetro y su densidad, es decir, sus medidas. A mayor tamaño de
la cuerda, mayor es su peso. Y a mayor peso, se necesitará una mayor
energía para moverlas y por ello oscilarán más lentamente. Cuanto más
largas y más pesadas, un sonido más grave producirán. Las cuerdas más
pesadas además, requieren una tensión mayor para la misma altura del
sonido, o sea, para el mismo tono y son, consecuentemente, más
difíciles de presionar con los dedos a la hora de tocar. Eso quiere decir
que en la cuerda de menor diámetro la onda viajara a mayor rapidez;
sabiendo que estos parámetros influyen en la frecuencia de oscilación
ya que ninguna de las 6 cuerdas de una guitarra suena igual.
Descripción teórica
Los movimientos ondulatorios (u ondas) son, fundamentalmente, de dos
clases: mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas necesitan
un medio material para propasarse; las electromagnéticas no,
se propagan también por el vacío.
Podemos observar ejemplos de movimiento ondulatorio en la vida diaria:
el sonido producido en la laringe de los animales y de los hombres que
permite la comunicación entre los individuos de la misma especie, las
ondas producidas cuando se lanza una piedra a un estanque, las ondas
electromagnéticas producidas por emisoras de radio y televisión, etc.
Las clases de ondas son: periódicas, no periódicas, longitudinales,
transversales, progresivas o viajeras, estacionarias
Ondas Estacionarias: Aplicadas al Sonido
El sonido es una onda mecánica longitudinal cuya frecuencia f0, es la
más baja que se puede obtener en la flauta aguda (caramillo). Un
armónico es una nota cuya frecuencia es un múltiplo entero de f0.
El ruido es un sonido audible no armonioso. Procede de ondas no
periódicas. Una nota musical es un sonido agradable; procede de ondas
periódicas.
Las ondas estacionarias se forman cuando dos ondas de igual amplitud,
longitud de onda y velocidad avanzan en sentido opuesto a través del
medio. (especie de superposición de ondas donde tiene lugar entre dos
ondas de idénticas características pero propagándose en sentido
contrario)
Las ondas estacionarias aparecen también en las cuerdas de los
instrumentos de cuerdas, el violín que vibra por ejemplo que posee
cuerdas (con nodos en los extremos con adicionales en el centro).
Las vibraciones son simultánea con un tono fundamental y de diferentes
armónicos.
Los armónicos son vibraciones subsidiarias que acompañan a una
vibración de movimiento ondulatorio (primario o fundamental) de los
instrumentos musicales.
La frecuencia es la cantidad de oscilaciones completas que se realizan
en un determinado tiempo. La frecuencia mas baja de la serie recibe el
nombre de frecuencia fundamental, y las restantes, son los armónicos.
Exploración y resultados
1. Sujetamos el extremo de uno de los resortes que el profesor nos
proporciono, sobre una superficie lisa, el piso o la mesa del
laboratorio. Estiramos el resorte una longitud de
aproximadamente 5.0 m.
Genere pulsos rápidos y cortos. ¿Qué observa? ¿Se desplaza el
medio? ¿Cómo llamaría a este fenómeno?
R- Observamos que el resorte empieza a oscilar de forma que se
traslada energía sin transportar la masa del mismo de un extremo
a otro. Este fenómeno se conoce como el principio de onda y de
esta forma podemos imaginar como funcionan los medios de
comunicación.
2. Cuando genera un pulso, ¿cambia su forma? ¿cambia su
velocidad? Explique.
R- El resultado que obtuvimos al generar un pulso fue que la forma
del resorte se mantiene que es la onda hasta que se detiene la
oscilación; mientras su velocidad se mantiene constante durante
el periodo de la oscilación.
3. Genera varios pulsos de tamaño y forma diferente, ¿Depende la
velocidad de propagación del tamaño del impulso?
R- Si ya que al cambiara los tamaños de mayor a menor pulso
afecta la velocidad, de mayor a menor impulso menor velocidad y
menor a mayor impulso mayor velocidad
4. Genere varios pulsos incidentes. Con la ayuda de un cronometro
determine la velocidad del pulso incidente. De igual forma calcule
la velocidad de la onda reflectante. Compárelo Explique
R- Al generar varios pulsos incidentes observamos que existía una
onda reflectante que era igual a la onda incidente y captamos que
el pulso de la onda incidente no era afectada por la onda
reflectante o sea que en una misma línea pueden viajar varias
ondas.
5. Cambie la tensión en el resorte. ¿Afecta la velocidad de la onda?
¿Puede considerarse medios diferentes al cambiar la tensión en el
resorte?
R- Hicimos dos experimentos uno con el resorte a una distancia de
1.0 metro y otro a 5.0 metro. De esta forma obtuvimos dos
tensiones en la distancia de 1.0 metro la tensión era menor a la de
5.0 metro; cuando comparamos la velocidad es mayor en la
tensión de 5.0 metro ya que tiene que desplazarse una distancia
más grande así mismo aumenta el periodo.
Esta condiciones no pueden considerarse para medios diferentes
ya que aumentara o disminuirá la velocidad dependiendo del caso.
6. Envíe un pulso a lo largo del resorte al mismo tiempo que el
compañero envía otro desde el otro extremo. ¿Qué sucede cuando
las ondas se encuentran? ¿Qué relación existe entre el máximo
desplazamiento del resorte y el máximo desplazamiento de cada
pulso aislado?
R- Cuando las ondas se encontraron en un mismo punto ellas se
anulan o sea que ocurre un desfase.
La relación que existe entre el máximo desplazamiento del resorte
y el máximo desplazamiento de cada pulso aislado fue al realizar
pulsos contrarios al mismo tiempo la amplitud de la onda aumenta
"fase"; la relación de los pulsos se establece que cuando esta en
desfase se anula la amplitud. En fase se aumenta la amplitud de la
onda. Entonces son inversamente proporcionales.
7. Cambia el resorte por uno de mayor densidad y realice el mismo
procedimiento. Observe que sucede. Explique.
R- Al cambiarlo por uno de mayor densidad la velocidad de la onda
fue más lenta eso debido a la constante de resorte. También
vimos que se dieron menos oscilaciones de punto a punto.
8. Para investigar el paso de pulso de un medio a otro hasta con atar
entre sí dos resortes en los que las ondas se propaguen con
velocidad diferente. Envié un pulso, primero en una dirección y
después en la opuesta. ¿Qué sucede cuando los pulsos alcanzan la
unión entre los muelles?
R- Se generaron ondas de tamaño diferente lo que se observaba
era que las ondas cuando se chocaban la de mayor hacia
aumentar a la de menor amplitud.
9. Genere pulsos transversales y longitudinales. ¿Qué diferencia
observa entre estos dos pulsos?
R- Visualizamos que los pulsos transversales se mueven de forma
perpendicular mientras tanto el pulso longitudinal en forma
paralela.
10. Mantenga un extremo fijo y genere pulsos seguidos. ¿Qué
patrón se forma? Haga un esquema de lo observado ¿Qué nombre
le daría a este patrón? ¿Qué puntos característicos observo?
R- El resultado es entonces, la reflexión total de la onda en el
punto fijo, siendo la onda reflejada igual y opuesta a la onda
incidente.
Físicamente, el mecanismo es el siguiente: cuando la señal llega a
la pared, la cuerda tira de la pared en un sentido, y, como
consecuencia de la tercera ley de Newton, la pared tira de la
cuerda en sentido igual y opuesto. Por tanto, podemos sustituir la
pared por una fuerza externa que va en sentido contrario a la
elongación. El resultado de la acción de esta fuerza es la onda
reflejada, de sentido y signo contrario a la incidente.
Imágenes
Patrón que se forma al mantener un extremo fijo del resorte
Onda viajando a través del resorte (transversal)
Onda viajando a través del resorte (longitudinal)
Gráfica de pulsos longitudinales y transversales
Glosario
Frecuencia: Es una magnitud que mide el número de repeticiones por
unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Onda: Consiste en la propagación de una perturbación de alguna
propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo
eléctrico o campo magnético, a través de dicho medio, implicando un
transporte de energía sin transporte de materia.
Onda estacionaria: son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de
la onda llamados nodos, permanecen inmóviles.
Onda longitudinal: Es una onda en la que el movimiento de oscilación
de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de
la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas
de presión u ondas de compresión.
Onda viajera: Es una perturbación que se propaga a lo largo de un
medio a una velocidad definida.
Onda transversal: es una onda en movimiento que se caracteriza
porque sus oscilaciones ocurren perpendiculares a la dirección de
propagación. Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo,
sus oscilaciones van en dirección arriba y abajo que están en el plano y-
z.
Periodo: Es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la
onda.
Resorte: Un operador elástico capaz de almacenar energía y
desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente cuando cesan
las fuerzas o la tensión a las que es sometido.
Recomendaciones
Tratar de leer la guía de laboratorio antes de empezar la
experiencia.
No jugar con los resortes proporcionados por el profesor ya que
pueden entrelazarse y con esto dañarlos.
Prestar mucha atención a las indicaciones del facilitador, así
resulta más fácil la experiencia a realizar.
Conclusiones
En esta experiencia realizada hemos podido concluir que:
Se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de
materia, mediante ondas mecánicas o electromagnéticas.
Las ondas son una perturbación periódica del medio en que se
mueven.
Hay dos clases de ondas:
Ondas longitudinales,
Ondas transversales
Las ondas se clasifican según la dirección de los desplazamientos
de las partículas en relación a la dirección del movimiento de la
propia onda.
Cuando dos pulsos que avanzan por una cuerda se encuentran,
sus amplitudes se suman formando un pulso resultante. Si los
pulsos son idénticos pero avanzan por lados opuestos de la
cuerda, la suma de las amplitudes es cero y la cuerda aparecerá
plana durante un momento (A)
Bibliografía
http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/
Movimientoondulatorio.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Onda
Guía de Física III (Análisis cualitativo de la transmisión de ondas)