Laboratorio Laboratorio de Física II II
EXPERIENCIA N° 4 CUBETA DE ONDAS
PRESENTADO POR: SULIBETH BA B AYUELO BONILLA LUZ D. CARPIO ORTIZ ARLIN J. GALVÁN ESCORCIA JORGE JIMENEZ PEREZ
DOCENTE: DONALDO CABALLERO ASIGNATURA: FÍSICA II
UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA AGROINDUSTRIAL AGROINDUSTRIAL
BARRANQUILLA ATLANTICO OCTUBRE !4 DE !"#4
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Laboratorio de Física II
EXPERIENCIA Nº 4
CUBETA DE ONDAS
RESUMEN La experiencia se realizó en el laboratorio de calor y ondas. Estuo orientada al estudio del co!porta!iento de ondas en el a"ua. Para ello# se utilizó una cubeta de ondas# $ue no es !%s $ue una cubeta de idrio con a"ua sobre la $ue# !ediante el uso de un ibrador electro!a"n&tico# se "eneran ondas con una 'recuencia y a!plitud seleccionables. (e obseraron los !oi!ientos de las ondas# sus 'or!as por !edio de una perturbación constante# el 'enó!eno de inter'erencia y di'racción entre otros. Con ello# se obtuieron buenos resultados# se co!prendieron los 'enó!enos# se to!aron apuntes y se sacaron las respectias conclusiones.
INTRODUCCI$N
)na onda es una perturbación $ue aanza o $ue se propa"a en un !edio !aterial o incluso en el ac*o. A pesar de la naturaleza diersa de las perturbaciones $ue pueden ori"inarlas# todas las ondas tienen un co!porta!iento se!e+ante. El sonido es un tipo de onda $ue se propa"a ,nica!ente en presencia de un !edio $ue -a"a de soporte de la perturbación. Los conceptos "enerales sobre ondas siren para describir el sonido# pero# inersa!ente# los 'enó!enos sonoros per!iten co!prender !e+or al"unas de las caracter*sticas del co!porta!iento ondulatorio. Ade!%s# pode!os clasi'icar las ondas de acuerdo a su dirección de propa"ación ba+o dos t*tulos# las ondas lon"itudinales y ondas transersales. •
O%&' ()'%*+,)*'-: En este tipo de ondas# las direcciones de las olas y el !oi!iento de las part*culas son perpendiculares entre s*.
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O%&' -%/0(1&0%'-: En este tipo de ondas# la dirección de las part*culas y ondas son las !is!as.
Las partes de una onda son •
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A23-0(1& A5: Es el alor !%xi!o de la elon"ación de la onda. /esde el e+e al extre!o del alle o de la cresta# tene!os lo $ue se deno!ina a!plitud 0A1 de la onda. (us unidades de !edición son !# c!# d!# otros. L%/0(1& &, %&' 65: Es la distancia entre dos puntos !%xi!os de la a!plitud# es decir# la distancia entre dos crestas consecutias o entre dos alles consecutios. (e !ide en !# c!# d!# otros. C),*(': Es el !%xi!o alor positio de la a!plitud. (e !ide en !# c!# d!# otros. V'--,: Es el !%xi!o alor ne"atio de la a!plitud. (e !ide en !# c!# d!# otros. F),71,%70': Es la cantidad de ondas $ue se propa"an en cada unidad de tie!po. (e !ide en rp! 0oscilaciones por !inuto1# rps 0oscilaciones por se"undo o -ertz1. P,)8& T5: Es el tie!po $ue e!plea la onda en realizar un desplaza!iento co!pleto# lla!ado elon"ación. (us unidades de !edida son s# !in# -# otros.
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OBJETIVOS
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2bserar el co!porta!iento de las ondas en el a"ua utilizando di'erentes barreras. 2bserar los 'enó!enos de re'lexión# re'racción# inter'erencia# y di'racción de las ondas.
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MARCO TE$RICO La cubeta de ondas consiste en un recipiente c,bico de idrio $ue contiene a"ua# en el $ue !ediante el uso de un ibrador electro!a"n&tico# se "eneran ondas con una 'recuencia y a!plitud seleccionable. )na luz estroboscópica per!ite proyectar las ondas sobre una pantalla per!itiendo 3con"elar la i!a"en y realizar !edidas. )n indicador di"ital en el estroboscopio !uestra le 'recuencia de ibración# lo $ue per!ite realizar !edidas cuantitatias. Las i!%"enes se proyectan sobre una pantalla trasl,cida inte"rada en la cubeta o bien sobre una pared.
PROPAGACI$N DE LAS ONDAS Cuando se produce una perturbación en uno o arios puntos de un !edio# esta se propa"a a lo lar"o de ellos en todas las direcciones. )n 'rente de ondas $ue ibran en 'ase. La elocidad de propa"ación de las ondas depende del !edio a tra&s del cual se trans!iten. Cuando se produce una onda periódica# asocia!os a la onda una 'recuencia de ibración y una lon"itud de onda. La elocidad de propa"ación 01# la 'recuencia 0'1 y la lon"itud 051 se relaciona !ediante la expresión v = λ × f . Cuando las ondas c-ocan con un obst%culo se produce el 'enó!eno de re'lexión# el cual se !ani'iesta con un ca!bio en la dirección de propa"ación de la onda y cuando ca!bia de !edio de propa"ación el 'enó!eno de re'racción# se !ani'iesta con un ca!bio en la elocidad de propa"ación de la onda.
ONDAS DE AGUA
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Los tan$ues de cristal de a"ua se utilizan para el exa!en de las ondas del a"ua y sus propiedades. Con la ayuda de la re'racción de la luz de las propiedades de las ondas de a"ua se explica. (e pueden producir dos tipos de ondas en el a"ua# circulares y lineales.
REFLEXI$N DE ONDAS Las ondas lineales se re'le+an en una super'icie lineal con un %n"ulo i"ual al %n"ulo de incidencia# as* co!o ta!bi&n se re'le+an en una super'icie circular# despu&s de la re'lexión de su 'or!a se conierte en la 'or!a de la super'icie de re'lexión. 6ay ondas $ue coner"en en un punto y lue"o se conierten en ondas circulares co!o en los espe+os cóncaos. (in e!bar"o# las ondas re'le+an de la super'icie circular co!o si iniese desde un punto detr%s de la super'icie co!o en los espe+os conexos. Las ondas lineales ta!bi&n se conierten en ondas circulares. La re'lexión de la onda circular se puede explicar co!o re'le+o de la luz de los espe+os curos.
REFRACCI$N DE LAS ONDAS
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Las ondas ca!bian de dirección al pasar de un !edio a otro. Este ca!bio en la dirección de la onda se conoce co!o re'racción. (i la dirección de las ondas procedentes de la parte pro'unda del tan$ue de a"ua no es perpendicular a la nor!al de la super'icie# entonces las direcciones de ca!bio re'ractan las ondas.
INTERFERENCIA Es el e'ecto $ue se produce cuando dos o !%s ondas se solapan o entrecruzan 0superposición de ondas1. Cuando las ondas inter'ieren entre s*# la a!plitud 0intensidad o ta!a7o1 de la onda resultante depende de las 'recuencias# 'ases relatias 0posiciones relatias de crestas y alles1 y a!plitudes de las ondas iniciales. Por e+e!plo# la inter'erencia constructia se produce en los puntos en $ue dos ondas de la !is!a 'recuencia $ue se solapan o entrecruzan est%n en 'ase# es decir# cuando las crestas y los alles de a!bas ondas coinciden. En ese caso# las dos ondas se re'uerzan !utua!ente y 'or!an una onda cuya a!plitud es i"ual a la su!a de las a!plitudes indiiduales de las ondas ori"inales. La inter'erencia destructia se produce cuando dos ondas de la !is!a 'recuencia est%n co!pleta!ente des'asadas una respecto a la otra8 es decir# cuando la cresta de una onda coincide con el alle de otra. En este caso# las dos ondas se cancelan !utua!ente. Cuando las ondas $ue se cruzan o solapan tienen 'recuencias di'erentes o no est%n exacta!ente en 'ase ni des'asadas# el es$ue!a de inter'erencia puede ser !%s co!ple+o. En al"unas de las lon"itudes de onda# la inter'erencia es constructia# y en otras destructias.
DIFRACCI$N
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Es un 'enó!eno caracter*stico de las ondas $ue consiste en la dispersión y curado aparente de las ondas cuando encuentran un obst%culo 0paso por una ranura1. La di'racción ocurre en todo tipo de ondas# desde ondas sonoras# ondas en la super'icie de un 'luido y ondas electro!a"n&ticas co!o la luz y las ondas de radio. 9a!bi&n sucede cuando un "rupo de ondas de ta!a7o 'inito se propa"a8 por e+e!plo# por causa de la di'racción# un -az an"osto de ondas de luz de un l%ser debe 'inal!ente dier"ir en un rayo !%s a!plio a una distancia su'iciente del e!isor.
EQUIPOS Y MATERIALES. • • •
Cubeta de ondas con pantalla y accesorios 2bst%culos Ali!entador electrónico
PROCEDIMIENTO. Co!o pri!era !edida en esta experiencia# se realizó el respectio !onta+e 0cubeta de ondas con los accesorios necesarios para llearla a cabo1# se encendió el siste!a de ilu!inación y el "enerador. (e llenó la cubeta de a"ua y lue"o se procedió a colocar una placa plana para obserar el tipo de onda $ue se presentaba. (e"uida!ente se colocó un excitador de onda circular# y se au!entaba la elocidad de onda para obserar lo $ue suced*a con las 'or!as o 'i"uras $ue se re'le+aban en el espe+o. :%s adelante se a7adió al siste!a otro excitador de onda circular para obserar el 'enó!eno $ue se presentó al estar dic-os "eneradores +untos. ;inal!ente se colocó en la cubeta de a"ua una re+illa $ue en su estructura ten*a 4 aberturas# se obseró y se anotó el 'enó!eno ocurrido.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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En la pr%ctica desarrolla se obseraron arios tipos de ondas Al encender el "enerador de ondas se obseró $ue la 'or!a de los pulsos "enerados era recta 0'i".<1 y la 'or!a de estos pulsos es i"ual a los 'rentes de onda. (e pudo notar $ue en las crestas de las ondas 'or!an l*neas rectas# siendo la lon"itud de onda 5 la distancia entre dos crestas consecutias. Lue"o se colocó una barrera recta en la cubeta y se produ+o un pulso circular 0'i". =1. Esto sucede cuando las olas lle"an a una barrera en la $ue existe una pe$ue7a ;i".<. Ondas planas abertura 0!enor $ue 51# &stas se di'ractan de 'or!a $ue la abertura se conierte en un 'oco puntual de ondas es'&ricas 0u olas se!icirculares1. Al colocar dos "eneradores de onda se inter'erencia# entre las ondas es'&ricas $ue se apreciaron 0'i".>1. (e "eneraron dos ondas circulares $ue oscilaban en 'ase# produciendo un 'enó!eno conocido co!o inter'erencia. /urante este proceso se obseraron los dos tipos de inter'erencia la constructia y la destructia. La
con
obseró
una
;i". = 2ndas es'&ricas
inter'erencia constructia "enero una onda de !ayor a!plitud# co!prob%ndose as* la ley de superposición de ondas. Este 'enó!eno se identi'icó en las i!%"enes 'ran+as oscuras propa"%ndose.
Al ;i". > Inter'erencia de ondas
contrario en la inter'erencia destructia se obseraron 'ran+as donde la onda parec*a anularse# esta se identi'icó en l*neas perpendiculares a la propa"ación de la
onda.
DATOS La lon"itud de la onda es i"ual al 'rente de onda del si"uiente
v λ × f =
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λ =15 cm t =1 s
v =15 cm / 1 s v =15 cm / s
CUESTIONARIO #. A- 7-7') -' ),90--' *, *,)+; 1% 7'20 ,% -' %&'.
*, &,, ,*, 7'20? /ic-o ca!bio se da por la di'racción# $ue es un 'enó!eno caracter*stico de las ondas $ue consiste en la dispersión y curado aparente de las ondas cuando encuentran un obst%culo.
!. O%&'* ,*@>)07'* ,% ,- '/1': S, --,+; ' 7' 1(0-0'%& *- 1% /,%,)'&) &, %&' *, *,)+')% 7-),* *, &,,? Es un 'enó!eno óptico $ue produce la aparición de un espectro de 'recuencias de luz cuando los rayos de luz atraiesan el a"ua contenida en la cubeta.
CONCLUSIONES
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Al 'inalizar el an%lisis de la experiencia se pudo establecer los tipos de ondas $ue se pueden dar con el uso de dic-os instru!entos. Al colocar cada !aterial en la cubeta# cada uno !ostró una situación di'erente en base a la 'or!a de los ob+etos. ? por ,lti!o# resaltar $ue los tipos de ondas existentes presentan una serie de 'enó!enos $ue se deben y caracteriza cuando presenta un obst%culo# ca!bio de !edio# o se encuentra con ellas !is!as en nuestro caso son re'lexión# re'racción# di'racción e inter'erencia.
BIBLIOGRAFÍA
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