INFORME, LABORATORIO, LABORATORIO, NO.5, OCTUBRE 2015
Universidad Francisco Jos de Ca!das La"ora#orio de F$sica III Edison %a!"&ena Moreno C'd. 201220050() Andrs Mon#ero C'd. 201(200512*
INTRODUCCIÓN:
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En !a na#&ra!e+a eis#en -en'enos #an i/or#an#es coo !a !&+ e! sonido !os c&a!es se /ro/aan /or edio de ondas, !o c&a! ace 3&e e! es#&dio de! oviien#o ond&!a#orio sea de ran in#ers re!evancia. Las ond ondas as i/!ic i/!ican an #rans/ #rans/or# or#ee de ener ener$a $a /&ra /&ra edian edian#e #e de-oraci'n o ca"io de /ro/iedades de! edio, 4a a!&nas ondas 3&e se /ro/aan en edios a#eria!es coo e! sonido, !as ondas s$ica s$icas, s, !as ondas de! ar 3&e corres/o corres/onde ndenn a vi"raciones ecnicas de &n edio a#eria!, o#ras ondas se /ro/aan en &n edio con /ro/iedades -$sicas, !as c&a!es corres/onden a ondas de na#&ra!e+a e!ec#roan#icas e!ec#roan#icas coo !o son !a !&+, !as ondas de radio, !os raos , !a radiaci'n &!#ravio!e#a, &!#ravio!e#a, !a radiaci'n in-rarro6a. En es#a e/eriencia de !a"ora#orio !a c&"e#a coo dis/osi#ivo e/erien#a! nos /eri#ir os#rar, o"servar, es#&diar e! co/or co/or#a #aien ien#o #o de !as ond ondas, as, con !a c&a! c&a! se o"#end o"#endrn rn res&! res&!#ad #ados os de! -en'e -en'eno no de !a /ro/a /ro/aaci aci'n 'n de !as ond ondas as s&/er-icia!es en &n !$3&ido 7e! a&a8.
1. OBJETIVOS.
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9i-erenciar e! -en'eno de in#er-erencia de! -en'eno de re-racci'n.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: O"servar e/erien#a!en#e e! -en'eno de di-racci'n e/erien#ado /or !as ondas s&/er-icia!es. O"servar e! -en'eno de in#er-erencia e/erien#ado /or dos -&en#es sincr'nicas. E/erien E/erien#a! #a!en#e en#e enerar enerar !a in#er-ere in#er-erencia ncia de -&en#es -&en#es sincr'nicas /or /ar#ici'n de! -ren#e de onda. I. • •
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2. MARCO TE
1.1 OBJETI OBJETIVO VO GENER GENERAL: AL: •
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Re!i!!a /ara eneraci'n de ondas /!anas Re!i! Re!i!!as !as e#!i e#!icas cas /ara /ara e/ e/eri erien en#o #o de ;o&n L/ara /ara es#ro"osco/io Es#ro"osco/io Ca!i"rador 4o6as de /a/e! i!ie#rado
RECUR:O:
C&"e#a de ondas F&en#es osci!an#es /&n#&a!es
Amplitud (A): (A): La a/!i#&d es !a dis#ancia ver#ica! en#re &na
cres#a e! /&n#o edio de !a onda. N>ero ro de vece vecess 3& 3&ee es re/e re/e#i #ida da dic dicaa Frecuencia Frecue ncia(f): (f): N>e vi"raci'n /or &nidad de #ie/o. En o#ras /a!a"ras, es &na si/!e re/e#ici'n de va!ores /or &n /er$odo de#erinado.
T
=
1
f
Longitud de onda onda(λ): (λ): Es !a dis#ancia 3&e a en#re e! iso /&n#o de dos ond&!aciones consec&#ivas, o !a dis#ancia en#re dos cres#as consec&#ivas. Nodo: Es e! /&n#o donde !a onda cr&+a !a !$nea de e3&i!i"rio. Velocidad Velocidad de propagación propagación (v): es !a ve!ocidad a !a 3&e se /ro/aa e! oviien#o ond&!a#orio. :& va!or es e! cocien#e de !a !oni#&d de onda s& /er$odo.
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v=
λ T
:iendo T /eriodo.
P%#s&: ?er#&r"aci'n de cor#a d&raci'n enerada en e! es#ado na#&ra! de &n /&n#o de &n edio a#eria! 3&e se #ransi#e /or dico edio. C%(e'a de &ndas La c&"e#a de ondas es &n dis/osi#ivo e/!eado en e/erien#os re!acionados con !a /ro/aaci'n de ondas en &n edio !$3&ido coo e! a&a. La "ase de! dis/osi#ivo es &n con#enedor rec#an&!ar en c&o -ondo se si#>a &n es/e6o. En &n e#reo se enc&en#ra &na "arra conec#ada /or &n "ra+o a &n o#or e!c#rico 3&e /rovoca 3&e !a "arra rea!ice &n oviien#o ver#ica! cons#an#e. Es /osi"!e ca"iar !a -rec&encia de! o#or /ara 3&e !a ve!ocidad de !a "arra se odi-i3&e. E! con#enedor se re!!ena con e! !$3&ido. La in#er-erencia es e! -en'eno 3&e se /rod&ce en de#erinado /&n#o /or !a s&/er/osici'n cons#r&c#iva o des#r&c#iva de ondas 3&e #ienen dis#in#as -ases /or a"er #oado di-eren#es cainos as#a e! /&n#o dado ?
en#onces !a -ase re!a#iva de !as dos -&en#es no ca"ia con e! #ie/o !as -&en#es son coeren#es. En a!&nas /osiciones de! /&n#o ? !a !!eada de &na cres#a de onda 7va!!e8 /rovenien#e de &na -&en#e sie/re es# aco/a@ada /or !a !!eada si&!#anea de &na cres#a 7va!!e8 /rovenien#e de !a o#ra -&en#e, #a! /osici'n es denoinada de in#er-erencia cons#r&c#iva o io de in#er-erencia, #eniendo en o#ros /&n#os in#er-erencia des#r&c#iva o $nio de in#er-erencia. Coo !as dos -&en#es an#ienen &na di-erencia de -ase cons#an#e, &na rei'n de in#er-erencia cons#r&c#iva a &n #ie/o dado se an#endr sie/re coo rei'n de in#er-erencia cons#r&c#iva, enerando !o 3&e se conoce coo diaraa de in#er-erencia.
:e /&ede o"servar, 3&e a&n c&ando se #ra#a de ondas /roresivas, e! diaraa de in#er-erencia es es#acionario, en e! sen#ido 3&e se e/!ic'. En !a aor /ar#e de !os an!isis de in#er-erencia, a -in de acer a/roiaciones eo#ricas si/!i-icadoras, se considera 3&e e! de#ec#or 7?8 es# a &na dis#ancia rande de !as -&en#es en re!aci'n a !a se/araci'n de !as isas 7d8, se dice 3&e e! de#ec#or es# en e! ca/o !e6ano de !as -&en#es, ver Fi&ra 1.
:e de&es#ra a#e#icaen#e 3&e !as reiones de in#er-erencia cons#r&c#iva -oran i/r"o!as, ver Fi&ra 2, c&os -ocos coinciden con !as /osiciones de !as -&en#es :1 :2, dicas reiones a!#ernan con !as reiones de in#er-erencia des#r&c#iva, sa#is-acen !as ec&aciones=
Fi&ra 1. 9i-eren#es cainos desde !as -&en#es 1 2 as#a e! /&n#o ?. :&/oneos 3&e !as -&en#es son coeren#es.
:e considera en /rier !&ar !a s&/er/osici'n en &n de#ec#or, de !as ondas ei#idas /or dos -&en#es /&n#&a!es 3&e #ienen i&a! -rec&encia &na re!aci'n cons#an#e en#re s&s -ases 7-&en#es sincr'nicas o coeren#es8, es/ec$-icaen#e considerareos ondas en !a s&/er-icie de! a&a ei#idas /or dos #orni!!os 3&e se &even de -ora ar'nica con !a isa -rec&encia en !a s&/er-icie de! reci/ien#e.
Es#a es !a si#&aci'n s si/!e de in#er-erencia dado 3&e si cada -&en#e #iene &na -rec&encia /er-ec#aen#e de-inida,
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Fen)men&s &nd%#a'&*"&s Reflexión de las ondas
:e denoina re-!ei'n de &na onda a! ca"io de direcci'n 3&e e/erien#a s#a c&ando coca con#ra &na s&/er-icie !isa /&!ien#ada sin ca"iar de edio de /ro/aaci'n. :i !a re-!ei'n se /rod&ce so"re &na s&/er-icie r&osa, !a onda se re-!e6a en #odas direcciones se !!aa di-&si'n.
Fi&ra 2. 4i/r"o!as de in#er-erencia des#r&c#iva. 9ado 3&e !os /a#rones de in#er-erencia descri#os son enerados /or dos -&en#es coeren#es, en -$sica eis#en varios dis/osi#ivos 3&e /eri#en a /ar#ir de &na isa -&en#e enerar dos -&en#es vir#&a!es coeren#es.
En !a re-!ei'n a #res e!een#os= rao inciden#e, !$nea nora! o /er/endic&!ar a !a s&/er-icie rao re-!e6ado. :e !!aa n&!o de incidencia a! 3&e -ora !a nora! con e! rao inciden#e n&!o de re-!ei'n a! -orado /or !a nora! e! rao re-!e6ado. Las !ees de !a re-!ei'n dicen 3&e e! n&!o de incidencia es i&a! a! n&!o de re-!ei'n 3&e e! rao inciden#e, re-!e6ado !a nora! es#n en e! iso /!ano.
E! e/erien#o de ;o&n -&e dise@ado de #a! -ora 3&e &na /an#a!!a con dos /e3&e@as ran&ras /eri#iera !a divisi'n de! -ren#e de onda de &na onda enerada /or &na de#erinada -&en#e. 9e es#a -ora, dado 3&e !a -&en#e #iene &na de#erinada -rec&encia, !os ca/os 3&e a#ravesa"an !as dos ran&ras se co/or#a"an coo -&en#es sec&ndarias coeren#es. E! /a#r'n de in#er-erencia de! e/erien#o de ;o&n es o"servado so"re &na se&nda /an#a!!a a!e6ada de !a /an#a!!a con !as dos ran&ras, considerando va!ida de es#a -ora !a a/roiaci'n de ca/o !e6ano, !os /&n#os de in#ensidad ia corres/onden a=
Refracción de las ondas
La re-racci'n es e! ca"io de direcci'n 3&e e/erien#a &na onda a! /asar de &n edio a#eria! a o#ro. :o!o se /rod&ce si !a onda incide o"!ic&aen#e so"re !a s&/er-icie de se/araci'n de !os dos edios si es#os #ienen $ndices de re-racci'n dis#in#os. La re-racci'n se oriina en e! ca"io de ve!ocidad de /ro/aaci'n de !a onda.
Leyes
Un rao se re-rac#a 7ca"ia de direcci'n8 c&ando /asa de &n edio a o#ro en e! 3&e via6a con dis#in#a ve!ocidad. En !a re-racci'n se c&/!en !as si&ien#es !ees= Fi&ra (. Es3&ea /ara de#erinar !a in#ensidad de !a in#er-erencia en e/erien#o de ;o&n.
1. E! rao inciden#e, e! rao re-rac#ado !a nora! es#n en &n iso /!ano.
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2. :e c&/!e !a !e de :ne!!= c senθi senθ 2
=
n1 c
=
n2 n1
n2
+. #eniendo en c&en#a !os va!ores de !os $ndices de re-racci'n res&!#a=
n 1 senθi =n 2 senθr
PROCEDI,IENTOS E-PERI,ENTO: P*"me*a a*'e.
C&ando !a !&+ se re-rac#a ca"ia de direcci'n /or3&e se /ro/aa con dis#in#a ve!ocidad en e! n&evo edio. Coo !a -rec&encia de !a vi"raci'n no var$a a! /asar de &n edio a o#ro, !o 3&e ca"ia es !a !oni#&d de onda de !a !&+ coo consec&encia de! ca"io de ve!ocidad. Interferencias de las ondas
:e denoina in#er-erencia a !a s&/er/osici'n o s&a de dos o s ondas. 9e/endiendo -&ndaen#a!en#e de !as !oni#&des de onda, a/!i#&des de !a dis#ancia re!a#iva en#re !as isas se dis#in&en dos #i/os de in#er-erencias= Constructiva: se /rod&ce c&ando !as ondas cocan o se
s&/er/onen en -ases, o"#eniendo &na onda res&!#an#e de aor a/!i#&d 3&e !as ondas in$cia!es. Destructiva: es !a s&/er/osici'n de ondas en an#i-ase,
o"#eniendo &na onda res&!#an#e de enor a/!i#&d 3&e !as ondas in$cia!es.
Gene*a")n de# a'*)n de "n'e*/e*en"a de d&s /%en'es &0e*en'es 1. Mon#e e! sis#ea de !a c&"e#a de ondas. 2. U"i3&e !as -&en#es /&n#&a!es a &na dis#ancia d en#re e!!as. (. A6&s#e &na di-erencia de -ase inicia! cero en#re !as -&en#es /&n#&a!es. ). :e!eccione !a isa -rec&encia de osci!aci'n /ara !as dos -&en#es. 5. Ca!i"re e! sis#ea es#ro"osco/io de #a! -ora 3&e se /&eda o"servar so"re !a /an#a!!a de /roecci'n e! /a#r'n de in#er-erencia. . Dra-i3&e !as c&rvas de in#er-erencia des#r&c#iva de! /a#r'n de in#er-erencia 7reiones con i!&inaci'n $nia8. . U#i!ice &na -rec&encia di-eren#e de osci!aci'n /ara !as dos -&en#es /&n#&a!es con#in&ando con di-erencia de -ase inicia! cero en#re e!!as. Re/i#a e! /rocediien#o ra-i3&e !as c&rvas de in#er-erencia cons#r&c#iva eneradas. . %ari !a dis#ancia d en#re !as -&en#es, -i6ando !a isa -rec&encia de osci!aci'n /ara !as -&en#es /&n#&a!es di-erencia de -ase inicia! cero. Re/i#a e! /rocediien#o ra-i3&e !as c&rvas de in#er-erencia cons#r&c#iva eneradas.
Se$%nda a*'e. Difracción de las ondas
La di-racci'n es &n -en'eno carac#er$s#ico de !as ondas 3&e consis#e en !a dis/ersi'n c&rvado a/aren#e de !as ondas c&ando enc&en#ran &n o"s#c&!o. La di-racci'n oc&rre en #odo #i/o de ondas, desde ondas sonoras, ondas en !a s&/er-icie de &n -!&ido ondas e!ec#roan#icas coo !a !&+ !as ondas de radio. Ta"in s&cede c&ando &n r&/o de ondas de #aa@o -ini#o se /ro/aa /or e6e/!o, /or ca&sa de !a di-racci'n, &n a+ anos#o de ondas de !&+ de &n !ser de"e -ina!en#e diverir en &n rao s a/!io a &na dis#ancia s&-icien#e de! eisor.
S%s'"'%a #as /%en'es %n'%a#es &* %na *e$#"##a a*a $ene*a")n de &ndas #anas.
1. Ca!i"re e! sis#ea de -ora 3&e enere ondas /!anas es#as sean c!araen#e /roec#adas en !a /an#a!!a. 2. 9is/ona !as re!i!!as e#!icas /ara e/erien#o de ;o&n de6ando dos rendi6as con &na se/araci'n d anco A. (. Dra-i3&e e! /a#r'n de in#er-erencia /roec#ado. ). O"servaci'n= ?ara !as r-icas &#i!ice /a/e! i!ie#rado. 5. Te*e*a a*'e.
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D"/*a")n 1. U#i!ice e! iso sis#ea de eneraci'n de ondas /!anas de !a se&nda /ar#e, /ero aora dis/ona !as re!i!!as de -ora 3&e so!aen#e &na a"er#&ra es#e /resen#e. 2. O"serve e! -en'eno 3&e oc&rre c&ando !a onda /!ana a!can+a !a a"er#&ra. (. 9isin&a e! #aa@o de !a a"er#&ra, o"serve ano#e.
. AN3LISIS DE RESULTADOS En e! !a"ora#orio se o"serv' 3&e !a -oraci'n de !as ondas circ&!ares o /!anas en !a c&"e#a -&e /or edio de &na -&en#e vi"ra#oria, !a c&a! ace vi"rar &nos /&n#eros 3&e o!/ean con cier#a -rai!idad e! a&a /ara enerar !as ondas. :e o"servaron varios #i/os de -en'enos en !as ondas eneradas, !a Refleión, oc&rre c&ando !as ondas 3&e se van /ro/aando enc&en#ran &n o"s#c&!o, e! c&a! !as ace ca"iar de direcci'n sen#ido Refracción, oc&rre c&ando &n -ren#e de onda /asa de &n edio de /ro/aaci'n a o#ro de di-eren#e $ndice ocasionando &na desviaci'n en !a #raec#oria de#erinada Difracción, oc&rre c&ando &n -ren#e de onda enc&en#ra &n o"s#c&!o 3&e i/ide s& /ro/aaci'n en !$nea rec#a, !o 3&e ace 3&e !a onda se c&rve /ara se&ir s& caino e !nterferencia, c&ando !os /&n#eros o!/ea"an s&aveen#e e! a&a /rod&ciendo &na serie de ondas, es#as a! encon#rarse oriina"an o#ras ondas s /e3&e@as o s randes, !o 3&e se conoce coo in#er-erencia des#r&c#iva cons#r&c#iva, res/ec#ivaen#e.
!magen %# Dos ondas circulares as&ncronas
?ara es#as ondas !a -rec&encia no es !a isa, ca"e ac!arar 3&e e! e3&i/o de! !a"ora#orio no /&ede enerar dos -rec&encias dis#in#as /or !o c&a! &na -&en#e -&e a!#erada de -ora an!oa coo consec&encia no es eac#a s& -rec&encia, f 1 =30 Hz y f 2 ≅ 50 Hz , coo se o"serva en !a iaen 2 se es# /rod&ciendo in#er-erencia des#r&c#iva /&es !os -ren#es de onda inciden#es de a"as -&en#es se es#n s&/er/oniendo de #a! -ora 3&e se #ra#an de an&!ar en#re s$, ades en !a -ron#era de !a c&"e#a a no se o"servan cres#as a di-erencia de !a iaen1 es#a osc&ro no /redoina &n /a#r'n de ondas acia !a -ron#era. A! variar !a dis#ancia en#re !as -&en#es an#ener cons#an#e !a -rec&encia !a in#er-erencia cons#r&c#iva se a/recia s si !as -&en#es es#n cerca enos si se a!e6an, con !a in#er-erencia des#r&c#iva oc&rre !o iso, si variaos !a dis#ancia /odeos es#a"!ecer !a ve!ocidad de !as ondas /roedio, en e! edio 7a&a8 con a&da de !a ec&aci'n= v = x∗f , donde Gdis#ancia de se/acion de !as -&en#es - G !a -rec&encia de !as isas.
!magen "# Dos ondas circulares sincroni$adas
Es#as ondas es#n se/aradas &na dis#ancia dGc en#re e!!as, !as -&en#es es#n sincroni+adas a !a isa -rec&encia -G(04+ se /&do o"servar "a6o es#as condiciones &na in#er-erencia de #i/o cons#r&c#iva a 3&e !os raos inciden#es de a"as -&en#es se s&an d&/!icando as$ !a a/!i#&d de !as ondas /or es#o se o"servan !!ear !os -ren#es de onda as#a !a -ron#era de !a c&"e#a con /&n#os "ri!!an#es con cres#as randes c&ando es#n !e6os de dis#ancia rande de !as -&en#es
!magen '# nda circular una sola fuente
A! so!o #ener &na -&en#e se /&ede o"servar e! co/or#aien#o de &na onda en &n edio, /or e6e/!o /ara es#a iaen veos 3&e a edida 3&e !os -ren#es de onda se a!e6an de !a -&en#e /ierden ener$a desa/arecen, a&n c&ando no eis#e in#er-erencia e! a!cance de !as ondas es !ii#ado de/ende de! edio, #a"in veos 3&e !a dis#ancia en#re cada -ren#e de onda se an#iene cons#an#e coo es de es/erarse en !a -&en#e s&s cres#as son s /ron&nciadas, en !a /ar#e s&/erior i+3&ierda de !a iaen es -ci! ver e!
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-en'eno de re-!ei'n de ondas c&ando re"o#an con !a -ron#era coo !as ondas inciden#es eneran &na a!#eraci'n aor en !a s&/er-icie en esa +ona a! cocar con !as ondas re-!e6adas.
!magen *# ndas planas
!magen +# nda plana con o,st-culo de re.illa
La onda /!ana se /ro/aa /or !a s&/er-icie de! a&a de !a c&"e#a as#a 3&e in#er/oneos &n o"s#c&!o, a! i&a! 3&e e! 3&e enc&en#ran !as ondas so"re e! a&a de &na /iscina a! a!can+ar !os &ros. ?ero /&eden s&ceder dos casos= 1. La onda incide /ara!e!aen#e a! o"s#c&!o Teniendo en c&en#a !a Teor$a de 4&ens, !a direcci'n de /ro/aaci'n de !as ondas es /er/endic&!ar a! -ren#e. :i s#e es /ara!e!o a! /!ano o"s#c&!o, !a direcci'n ser /ara!e!a a !a nora! a !a s&/er-icie. Las ondas se re-!e6an con !a isa direcci'n ve!ocidad /ero en sen#ido con#rario. 9onde a &n va!!e se re-!e6a coo &na cres#a, coo si !a onda se /ro!onase a #ravs de! o"s#c&!o o"#&viseos s& iaen es/ec&!ar. 2. !os /&n#os de i&a! -ase Caso /ar#ic&!ar de s#a -ora de onda es !a rec#i!$nea, /ara &n es/acio "idiensiona! 7s&/er-icie !$3&ida de !a c&"e#a de ondas8. Los -ren#es de onda cons#i#&en !$neas /ara!e!as 3&e avan+an a!e6ndose de! enerador de anco o -&en#e eisora
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4. CONCLU:IONE: :e ?eri#i' descri"ir deos#rar !os di-eren#es -en'enos 3&e oc&rren c&ando se /rod&ce &na onda en e! a&a. Las ondas son /rod&cidas /or a!&na -&en#e o -en'eno, se /&eden &#i!i+ar di-eren#es a#eria!es e!een#os /ara ca"iar s& direcci'n sen#ido, os#rando !os di-eren#es -en'enos no"rados an#erioren#e. Median#e /rocediien#os ec&aciones se /&eden o"#ener da#os 3&e son necesarios /ara e! desarro!!o de !as /rc#icas. Es#e a/ara#o no s'!o #iene &na -ina!idad vis&a! sino &na /rc#ica 3&e /eri#e deos#rar co/ro"ar !os -en'enos e/erien#os 3&e se acen en e! &ndo.
5. DLO:ARIO Todos !os #rinos son conocidos.
6. ANHO: No se anea nin>n doc&en#o. I.
BIBLIODRAFA
Raond A. :erKa, Jon . JeKe##, Jr. /F&sica para Ciencias e !ngenier&as0# :/#ia edici'n, edi#oria! .
