UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NUCLEO DE BOLIVAR

UNIDA DE ESTUDIOS BASICOS

DEPARTEMENTO DE CIENCIAS

AREA DE FISICA

PROF. HUGAR CAPELLA

PRACTICA

ONDAS EN CUERDAS

OBJETIVO:

En esta práctica se experimenta y estudia la creación de ondas estacionarias utilizando un vibrador de frecuencia definidas como pulsador, unas masas para crear tensión y una cuerda como medio de propagación.

Estudiar la propagación de ondas armónicas transversales en una cuerda tensa y la forma en que superponen para dar lugar a ondas estacionarias

MATERIALES Y EQUIPOS:

1 GENERADOR DE ONDA DE SENO WA-9867

1 VIBRADOR DE CUERDA WA-9857

1 CUERDA FISICA (TRENZADA) SE-8050

1 CUERDA AMARILLA TRENZADA 699-067

1CUERDA DE ONDA ELASTICA SE-9409

1 CABLE DE CONEXION TIPO BABANA SE-9750

2 ABRAZADERA DE MESA UNIVERSAL YO 9376

1 SUPER POLEA YO 9450

1 BARRA CRECIENTE PARA SUPER POLEA SA-9242

1 ABRAZADERA DE ANGULO AJUSTABLE YO 8744

2 BARRAS DE45 CM YO 8736

1 MASAS Y JUEGOS DE SUSPENSIÓN YO 8967

NO INCLUIDO, PERO REQUERIDO:

1 BALANZA

1 CINTA METRICA

Pre-laboratorio

INTRODUCCIÓN

Un generador de onda de seno lleva un vibrador de cuerda a crear un modelo de onda permanente en una cuerda estirada. El conductor de frecuencia y la longitud, la densidad, y la tensión de la cuerda son variadas para investigar su efecto sobre la velocidad de la onda en la cuerda que vibra.

TEORIA

Ondas estacionarias

Una onda estacionaria se forma por la interferencia de 2 ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda o frecuencia que avanza en sentido opuesto a través de un medio, la amplitud de oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coinciden con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos) que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren con una energía máxima.

Ondas transversales

Una onda transversal es una onda en movimiento que se caracteriza por su oscilación, 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

Una cuerda estirada tiene muchos modos naturales de vibración (se muestra 3 ejemplos debajo). Si la cuerda es fijada a ambos finales entonces debe haber un nodo (en el lugar de ninguna amplitud) a cada final y al menos un antinodo (en el lugar de la amplitud máxima). Esto puede vibrar como un solo segmento, en el caso de que la longitud (L) de la cuerda es igual a ½ de la longitud de onda ( ) de la onda. Esto

también puede vibrar en 2 segmentos con un nodo a cada final y un nodo en el medio; entonces la longitud de onda es igual a la longitud de la cuerda. Esto también puede vibrar con un número entero más grande de segmentos. En cada caso, la longitud de la cuerda iguala algún numero entero de mitad de longitudes de onda.

Si usted conduce una cuerda estirada en una frecuencia arbitraria, usted. Probablemente no vera ningún modo en particular; muchos modos serán mezclados juntos. Pero, si el conductor de frecuencia, la tensión y la longitud son ajustadas

correctamente, un modo vibracional ocurrirá en una amplitud mucho mayor que otros nodos.

En este experimento, las ondas permanentes son instaladas en una cuerda estirada por las vibraciones de un vibrador de cuerda eléctricamente conducido. (Como se muestra en la figura.). La tensión en la cuerda iguala al peso de las masas suspendidas sobre la polea, usted puede cambiar la tensión cambiando las masas. Usted puede ajustar la amplitud y la frecuencia de la onda ajustando la salida del generador de onda de seno, que potencia al vibrador de cuerda.

Para la cuerda mostrada, vibra en 3 segmentos, λ =2/3 L

L= es la longitud de la parte que vibra de la cuerda.

λ = es la longitud de onda.

Para una onda alguna onda con longitud de onda (λ) y una frecuencia (f), la velocidad de la onda (v) es:

V = λ . f (1)

Además, también dan a la velocidad de una onda sobre una cuerda:

V= (2)

µ= mc /Lc

F= mcolgante . g

µ= densidad lineal de la cuerda.

F= tensión de la cuerda

g = gravedad (9.81 mts / s2)

Igualando las ecuaciones (1) y (2) y elevándolos a l cuadrado da:

.

Se despeja f2

Donde F= mcolgante . g y =L / 2 se sustituye en la f2

(3)

m =mcolgante

Densidad medida = 4.g / µL2

g = gravedad

µ= inclinación

L=longitud de la cuerda que vibra.

Densidad actual = mc / Lct

Lct= longitud de la cuerda total

% desviación = x 100%

Sujetador de pesas = 5g

LABORATORIO

Montaje del equipo:

Medir la longitud exacta de un pedazo de la cuerda trenzado varios metros de largo. ¿Medir la masa de la cuerda y calcular la densidad lineal? µ(masa / longitud).¿si la balanza no puede leer 0.01 g, usted puede usar una longitud mayor de cuerda para calcular la densidad lineal?

Como se muestra en la fotografía, utilizar las dos abrazaderas para posicionar el generador de onda de seno y la polea aproximadamente de 120 cm aparte. Adjunte 1.5 m de cuerda trenzada a la lamina que vibra, colocar la cuerda sobre la polea y colgar unos 150 g de masa en ella.

La distancia L es la medida desde donde se hace el nudo de la cuerda adjunta al vibrador de cuerda, a la cima de la polea. (note que la L no es la longitud total de la cuerda solo la parte que vibra).

Conectar el generador de onda de seno y girar la perilla de amplitud al mínimo (en sentido contrario a las agujas del reloj). Una el generador de onda de seno al vibrador de cuerda que usa 2 cables de conexión tipo banana.

PRACTICA

Parte I

1. Poner la perilla de la amplitud a medio camino. Use el grueso (1.0) y depure (0.1) las perillas de frecuencia del generador de onda de seno para ajustar las vibraciones de modo que la cuerda vibre en un segmento.

Ajuste la amplitud del conductor y la frecuencia. Para obtener una onda de amplitud grande pero también comprobar el final de la lámina que vibra: el punto donde la cuerda adjunta debería ser un nodo. Es importante en tener un nodo bueno en la lámina que ello debe tener la amplitud más grande posible.

2. Registrar la frecuencia. ¿Cuánto puede usted cambiar la frecuencia antes de que usted vea un efecto?

3. Repetir los pasos 1 y 2, para una onda permanente con dos segmentos. La cuerda debería vibrar con un nodo a cada final y un nodo en el centro. no cambie la masa colgante.

4. ¿Cómo es la frecuencia de onda en dos segmentos relacionada con la frecuencia de onda un segmento? Calcule la proporción de frecuencia ¿es la proporción lo que usted esperaba?

5. ¿Cuál era la longitud de onda cuando la cuerda vibraba en un segmento? Ecuación de empleo (1) para calcular la velocidad de la onda de un segmento. Calcule la velocidad de la onda de 2 segmentos.

6. Calcular la tensión en la cuerda causada por la masa colgante (no olvide el sujetador de pesas) y la utilización de su densidad moderada de la cuerda, calcule la velocidad de la onda que usa la ecuación (2).

7. Ajustar la frecuencia de modo que la cuerda vibre en 3 segmentos. ¿Cuál es la velocidad ahora?, ¿la velocidad de la onda depende de la longitud de onda y la frecuencia?

Parte II:

1. Colgar 50 gramos de masa en la cuerda sobre la polea, registrar el total de la masa que cuelga incluyendo el sujetador de masa.

2. Ajustar el generador de onda seno de modo que la cuerda vibre en 4 segmentos, ajustando la amplitud del conductor y la frecuencia para obtener una amplitud grande y nodos limpios, incluyendo el nodo final en la lámina. Registrar la frecuencia.

Nota: para esta parte del experimento, usted siempre ajustara la frecuencia de modo de que la onda vibre en 4 segmentos.

3. Añadir 50gramos de masa colgante y repetir los pasos 1 y2.4. Repetir en los intervalos de 50 gramos hasta al menos 250 gramos. Registre

sus datos en la siguiente tabla.

Para encontrar la inclinación de la línea mejor apta por estos datos.Una vez obtenidos los datos experimentales en el laboratorio. Se procede:

1. Entrar en el programa data estudios.2. Crear un experimento3. En la esquina inferior en se encuentra la sig. Opciones

4. Click a tabla: para ingresar los datos 5. Luego hacer clik a datos editables.

6. Luego a grafico para generar las graficas

7. Para encontrar la línea más ajustada a los datos, en la ventana de la grafica click en la opción ajustar, luego a ajuste lineal.

Tabla 1

  Cuerda 1Trenzada

blanca cuerda 2Trenzada amarilla

m (Kg) f (Hz) f2 (Hz) f (Hz) f2 (Hz)                                   

Tabla 2

Post-laboratorio

Parte I

Realizar y responder las preguntas de los procedimientos 2, 3, 4, 5, 6,7

Parte II

1. Para esta parte del experimento, usted siempre ajustaba la frecuencia de modo que la onda vibrara en 4 segmentos, y así la longitud de la cuerda era siempre igual a 2 longitudes de onda. (L=2 ).

cuerda 3 elásticam (Kg) f (Hz) f2 (Hz)

Use esta información para mostrar que las ecuaciones 1 y 2 pueden ser combinadas:

(3)

2. A partir de los datos de la tabla 1 y 2. (parte de laboratorio) realizar un grafico del cuadrado de la frecuencia (f2) contra la masa colgante, mcolgante (las unidades serán mas fáciles para trabajar expresándolas en Kg para representarlas en la grafica) ¿el grafico es lineal?

3. Encontrar la inclinación (incluyendo la incertidumbre) de la línea mejor apta por estos datos.

4. Comparar la densidad que usted midió del grafico a la densidad real que usted determino cuando usted peso la cuerda. Calcule la desviación en porcentaje.

% desviación = x 100%

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA

www.sc.ehu.es/sbweb/.../ondas/.../estacionariaswww.fisicarecreativa.com/guias/ondas1