Revista Colombiana Colombiana de Física Física II, vol.
, No. III
de 2015
CUBETA DE ONDAS Wave Wa ve trough tr ough Juan Camilo Galindo 1, Luis Luque 2, Julian Rodriguez 3. 1
Ingenieria Amiental ! "anitaria, 2Ingenieria Amiental ! "anitaria, 3Ingenieria Amiental ! "anitaria,
#e$ha %r&$ti$a 'ier$oles 'ier$oles 1( de marzo del 2)1*+ #e$ha entrega de inorme mi-r$oles 2* de marzo del 2)1*
Resumen n esta %r&$ti$a de laoratorio se dio una reve e/%li$a$i0n del %ro$eso ! los materiales que se utilizaron, se nos dio una $ueta $on agua+ %rimero se to$0 $on el dedo ! se vio la onda ormada, des%u-s de esto se movi0 uno de los rodillos en el agua %ara ver las ondas que se ormaan, siguiente a esto se $olo$0 una arrera re$ta se %rodueron ondas+ des%u-s se tom0 dos arras %aralelamente ! se %rodueron ondas $on una de ellas, siguiente a esto se tom0 una arra $urva se %rodueron las ondas ! des%u-s desde el o$o de esta, siguiente a esto se $olo$aron iguras trans%arentes se oservaron $0mo se dolaron las ondas, des%u-s de esto se tomaron dos dis$os ! $on el generador de ondas se hi$ieron $ontantes las ondas, %ara inalizar el laoratorio se $olo$0 %rimero una ! des%u-s de arras de %araina+ %ara $ada uno de los e/%erimentos se hizo sus res%e$tivos $&l$ulos, oserva$iones %ara una re$uen$ia hallada de orma manual ! otra de orma ele$troni$a. Palabras claves: generador de ondas, ondas, rera$$i0n, rele/i0n.
Abstract In this laorator! %ra$ti$e as given a rie e/%lanation o the %ro$ess and the materials used, gave a u$et ith ater+ irst he %la!ed ith inger and as ormed ave, ater this moved one o the rollers in the ater to see the aves that are ormed, olloing this as %la$ed a arrier line there ere aves+ then too to ars at the same time and there ere aves ith one o them, ne/t to this a ar too $urve there ere aves and then rom the o$us o this, olloing this %la$ed trans%arent igures ere oserved ho the aves douled, ater this to diss ere taen and ith ave generator, the aves e$ame $onstants to $om%lete the laorator! settled irst one and ater %arain ars+ or ea$h o the e/%eriments made their res%e$tive $al$ulations, oservations or a requen$! manuall! ound and one ele$troni$ orm . Keywords:aves, aves, rera$tion, rele$tion generator
4 2)12 Revista Colomiana de #5si$a. 6odos 6odos los dere$hos reservados.
7na onda es una %ertura$i0n que avanza o que se %ro%aga en un medio material o in$luso en el va$5o. Cuando estas ondas ondas ne$esi ne$esitan tan de un medio medio mater material ial,, se llama llaman n ondas mec&n#cas. Las 8ni$as ondas que %ueden %ro%agarse en el va$5o son las ondas electroma'n(t#cas electroma'n(t#cas.
! "ntr ntroduc oducc# c#$n $n n este este inorm inormee de laora laorator torio io se us$a us$a oserv oservar ar las herramientas que generan una onda, ! %or $onsiguiente la mism mismaa onda onda gene genera rada da.. 6amimi-n n se quie quiere re que que el investigador veriique mediante los e/%erimentos la le! de rele/i0n ! oserve la rera$$i0n de las ondas. Con las e$ua$i e$ua$ione oness dadas dadas en el laora laorator torio io se us$ar us$araa hallar hallar la velo$idad de onda ! oservar $uando ha! intereren$ias en la su%eri$ie del agua, la dira$$i0n ! se dedu$ir& $on esto las %arti$ularidades %rin$i%ales de las ondas.
l sonido es un ti%o de onda me$&ni$a que se %ro%aga 8ni$amente en %resen$ia de un medio material. 7n $uer%o $uer%o al virar virar im%rime im%rime un movimi movimient ento o de vaiv-n vaiv-n 9os$ila$i0n: a las mol-$ulas de aire que lo rodean, ha$iendo que la %resi0n del aire se eleve ! des$ienda
2. %arco te$r#co! 1
Autor principal et al.: Cubeta de ondas.
alternativamente. stos $amios de %resi0n se trasmiten %or $olisi0n entre las mol-$ulas de aire ! la onda sonora es $a%az de des%lazarse hasta nuestros o5dos. Las %artes de la onda en que la %resi0n aumenta 9las mol-$ulas se untan: se llaman $om%resiones ! aquellas en que la %resi0n disminu!e 9las mol-$ulas se alean: se llaman enrare$imientos.
Caracter*st#cas 'enerales o elementos de las ondas Tren de ondas: 6odas las ondas al moverse lo ha$en una tras otra $omo si uera un tren de donde se $olo$a un vagon tras otro.
"eg8n la dire$$i0n de %ro%aga$i0n, $lasii$amos las ondas en dos ti%os;
Nodo: s el %unto donde la onda $ruza la l5nea de equilirio.
Ondas )on'#tud#nales:
s $uando la vira$i0n de la onda es %aralela a la dire$$i0n de %ro%aga$i0n de la %ro%ia onda. stas ondas se deen a las su$esivas $om%resiones ! enrare$imientos del medio, de este ti%o son las ondas sonoras. 7n resorte que se $om%rime ! estira tami-n da lugar a una onda longitudinal.
l sonido se trasmite en longitudinales.
el aire
mediante ondas Elon'ac#$n: s la distan$ia entre $ualquier %unto de onda ! su %osi$i0n de equilirio.
Cresta+ monte o ,#co: es el %unto m&s alto de una onda -alle: s el %unto m&s ao de una onda.
Ondas Transversales:
=onde la vira$i0n es %er%endi$ular a la dire$$i0n de la onda. Las ondas transversales se $ara$terizan %or tener montes ! valles. >or eem%lo, las ondas que se orman sore la su%eri$ie del agua al arroar una %iedra o $omo en el $aso de una onda que se %ro%aga a lo largo de una $uerda tensa a la que se le sa$ude %or uno de sus e/tremos.
Per#odo: 6iem%o que tarda en ee$tuarse una onda o vira$ion $om%leta, se mide en segundos o s?$i$lo se re%resenta $on una 6 ma!8s$ula.
2
Autor principal et al.: Cubeta de ondas.
0recuenc#a: s el n8mero de ondas %rodu$idas %or segundo. La re$uen$ia se indi$a $on la letra 1 min8s$ula. "e mide en $i$los? segundo o hertz 9z:. Coin$ide $on el n8mero de os$ila$iones %or segundo que realiza un %unto al ser al$anzado %or las ondas.
@otemos que el %eriodo 96: es igual al re$5%ro$o de la re$uen$ia 9: ! vi$eversa. Am,l#tud .A/ ; s la ma/ima se%ara$ion de la onda o vira$i0n desde su %unto de equilirio.
Las dos magnitudes anteriores, longitud ! re$uen$ia, se rela$ionan entre s5 %ara $al$ular la velo$idad de %ro%aga$i0n de una onda. -eloc#dad de ,ro,a'ac#$n: s la rela$i0n que e/iste entre un es%a$io re$orrido igual a una longitud de onda ! el tiem%o em%leado en re$orrerlo.
2! PROCED"%"ENTO: )a lon'#tud de onda 9: es la distan$ia entre dos m&/imos o $om%resiones $onse$utivos de la onda. n las ondas transversales la longitud de onda $orres%onde a la distan$ia entre dos montes o valles, ! en las ondas longitudinales a la distan$ia entre dos $om%resiones $ontiguas. 6ami-n %odemos de$ir que es la distan$ia que o$u%a una onda $om%leta, se indi$a $on la letra griega lamda 9B: ! se mide en metros. A la %arte su%erior de la onda se le llama $resta ! a la inerior se le llama valle. •
6omaremos $omo eem%lo ilustrativo una onda transversal.
3
1.
"e ten5a el montae de la $ueta llena $on agua hasta que su %roundidad sea de a%ro/imadamente D a 1?3 $m. "e asegur0 de que el tanque estuviera ien nivelado. "e dis%uso la luz de la l&m%ara, de tal orma que se otuvo el ma!or $am%o visual de la su%eri$ie del agua sore la su%eri$ie del %a%el $olo$ado sore la mesa. ste $am%o visual se llama %antalla.
2.
"e to$0 el %unto de la su%eri$ie del agua $on el dedo o la %unta de un l&%iz. n la %antalla se oserv0 un %ulso que se %ro%agaa. "e oserv0 la orma del %ulso ! si la velo$idad del %ulso era igual en todas las dire$$iones.
3.
"e movi0 suavemente ha$ia adelante ! ha$ia atr&s, $on la mano, el madero rollizo que se dio %ara la
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%r&$ti$a. "e mir0 la orma de los %ulsos generados, las ormas de estos %ulsos era de los rentes de onda, de las ondas en el agua. E.
"e $olo$0 una arrera re$ta en la $ueta ! se %roduo un %ulso $ir$ular. "e mir0 lo que su$edi0 al llegar a la arrera. "e lo$aliz0 la uente visual del %ulso generado.
*.
"e %roduo %ulsos restos de manera que se relearan en la arrera %aralela a ellos. "e des$rii0 lo oservado. "e $ami0 la orienta$i0n de la arrera ! se oserv0 los %ulsos in$idente ! releado. "e diu0 en la %antalla $on la ma!or %re$isi0n %osile la arrera ! los %ulsos in$identes ! releado ! se midi0 los &ngulos que ormaan los %ulsos $on la arrera. "e mir0 la rela$i0n que e/ist5a entre los &ngulos que ormaan los %ulsos $on la arrera ! si se $um%l5a la le! de la rele/i0n.
F.
.
(.
virante que lo ha$5a moverse de orma %eri0di$a generando en la su%eri$ie del agua ondas re$tas que se %ro%agaan en la dire$$i0n %er%endi$ular. 9la re$uen$ia del movimiento %od5a $amiarse:. "e oserv0 la $onigura$i0n de ondas en la %antalla %ara dierentes re$uen$ias. Las re$uen$ias se hallaron de dos ormas distintas unas usando un rodillo giratorio %ara hallarla de orma manuela de a$uerdo al n8mero de vueltas que este daa, el tiem%o ! el n8mero de a%erturas que este tenia. .
"e dis%uso en la $ueta una arrera que tuviera una orma a%ro/imadamente %ara0li$a. "e gener0 %ulsos re$tos ! se oserv0 $0mo se releaan. "e mir0 la orma que ten5an los %ulsos releados, se determin0 en la %antalla el o$o de los %ulsos releados. "e gener0 ahora %ulsos $ir$ulares en el o$o de la arrera ! se oserv0 los %ulsos releados, se oserv0 la orma que ten5an.
Intereren$ia. "e a$o%lo en el virador dos %equeos dis$os de $au$ho se%arados a unos *$m, de manera que se sumergieran simult&neamente ! %or lo tanto se $om%ortaran $omo uentes %untuales que os$ilan en ase. "e des$rii0 el resultado que se otuvo en la %antalla, se e/%li$0 %or qu- se ormaa esta $onigura$i0n, $on qure$uen$ia ! se oserv0 las zonas de intereren$ia destru$tiva, se oserv0 si se aumentaa o se disminu5a $on la re$uen$ia.
1). =ira$$i0n. "e $olo$0 un loque de %araina a unos 1) $m del generador de ondas re$tas. "e oserv0 lo que o$urr5a %ara dierentes re$uen$ias. "e anotaron sus resultados teniendo en $uenta el tamao del ost&$ulo ! la longitud de onda de las ondas.
"e $olo$0 en el ondo de la $ueta una de las l&minas de %l&sti$o $on trans%aren$ia ! se verii$o que el agua a%enas $uriera su su%eri$ie su%erior. "e gener0 rentes de onda re$tos ! se oserv0 sore la %antalla el modo $omo se %ro%agaan las ranas sore estas laminas, se oserv0 si se dolaan ! se %ro0 $on varias re$uen$ias des$riiendo lo que se oservaa ! se verii$o el en0meno de rera$$i0n.
"e $olo$aron dos loques de %araina de manera que entre ellos quedara una aertura de tamao a+ se oserv0 lo que o$urr5a $uando se mantiene el tamao de la aertura a ! se variaa la longitud de onda de las ondas. "e estale$i0 una rela$i0n $ualitativa entre a ! que le %ermiti0 %rede$ir la $onigura$i0n que se otuvo en la %antalla. sto %ermiti0 estale$er la llamada $ondi$i0n %ara la dira$$i0n. =e a$uerdo $on los resultados, se determin0 $ual deer5a ser la $ondi$i0n %ara que se oservara la dira$$i0n.
Helo$idad de %ro%aga$i0n de las ondas. 7sted %uede %rodu$ir ondas %eri0di$as en la $uneta+ %ara ello se utiliz0 $omo generador de ondas un elemento re$to a$o%lado al sistema de motor
3! 4RA0"CAS 5 RESU)TADOS: E
Autor principal et al.: Cubeta de ondas.
Los resultados a los que se ha llegado, son %rodu$to netamente de la oserva$i0n, de ondas me$&ni$as %rodu$idas en el montae, al que se denomina $ueta de ondas.
!
Cuando se generan ondas a %artir de un %unto %untual, el %ulso se %ro%aga $on orma $ir$ular 9ig.1.: ! la velo$idad ser& igual en todas las dire$$iones, %ues la longitud de onda ! la re$uen$ia que se usa %ara el %ulso es una sola.
Figura.2. Propagación de ondas a partir de del movimiento de un madero, atrás, adelante
Figura.6. Propagación de ondas a partir de del movimiento de un madero, atrás, adelante.
2!
Propagación de ondas a partir de del Cuando una onda $ir$ular llega ! Figura.6. se estrella $ontra la arrera movimiento de un madero, atrás, adelante. re$ta, la onda tiende a ado%tar la orma de la arrera ! se relea $on la orma de esta, 9#ig.3.: es de$ir en este $aso ormando ondas re$tas en el momento de la rele/i0n. Figura.6. Propagación de ondas a partir de del
Las ondas se generan en su orma 5si$a de%endiendo del adelante. movimiento de un madero, atrás, medio o del instrumento que las genere %ues se generan %lanas 9verti$ales: si el oeto que las genera es %lano %ero si el oeto es $ir$ular se oserva que la onda se vera de otra orma en este $aso una orma $urva o siguiendo $5r$ulos.
Figura.1. Propagación de ondas a partir de un punto puntual periódico.
6!
3!
Cuando se generan ondas moviendo un madero ha$ia adelante, ! ha$ia atr&s, la orma de los %ulsos es de orma re$ta, 9ig.2.: ! en este $aso, orman en la $ueta ondas re$tas, $reando rentes de onda, %ues se %ro%agan ! se alean sin to$arse entre ellas.
*
"e %rodueron %ulsos re$tos $on el in de que se relearan en una arra %aralela a ellos.videntemente, los %ulsos se releaan en dire$$i0n $ontraria. Al $amiar la arrera a una %osi$i0n de )K, los &ngulos releados medidos $orres%ond5an a%ro/imadamente al mismo &ngulo, es de$ir, que se eviden$ia la Le! de la Rele/i0n 9#ig.3.:, la $ual airma que el &ngulo de una onda. in$idente es igual al &ngulo de la onda releada.
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Figura.3 Reflexión de las ondas. (Angulo de incidencia
7!
8!
Al $olo$ar una arrera de orma %ara0li$a ! al generar %ulsos re$tos, se oservo que; la onda in$idente era re$ta %ero al $ho$ar $on la arrera %ara0li$a, se releaan tomando la orma de la arrera 9%ara0li$a: en dire$$i0n $ontraria a la original.
Fi ura.". medición de la lon itud de onda.
9!
Helo$idad de %ro%aga$i0n de las ondas, $on el motor el-$tri$o $on una re$uen$ia de f =16.8 Hz . •
La intereren$ia. Lo que se %udo oservar ue que $uando se en$ontraan dos ondas, estas se sumaan ! ormaan otra m&s grande. Aqu5 se eviden$iaa la intereren$ia $onstru$tiva. n las ranas negras que se eviden$iaan $uando las ondas se $ortaa, es de$ir, intereren$ia destru$tiva. 9#ig.*: s de notar que al disminuir la re$uen$ia, la longitud de onda aumenta.
"e $ongelo la imagen virtual ! se midi0 la longitud de onda de las %ulsa$iones en la imagen virtual. =onde se midio una onda entre otra ! se determino
λo
0.015 m
=
Figura.# Fenomeno de interferencia en propagación de onddas circulares, producidas por dos puntos puntuales
F
Figura.!. Reflexión de las ondas. (Angulo de
Autor principal et al.: Cubeta de ondas.
!
n el 8ltimo %ro$edimiento, se estudio el en0meno de la =ira$$i0n $olo$ando un loque de %araina a $ierta distan$ia del generador de ondas. Lo que se %udo oservar en general ue que $uando las ondas $ho$aan $on los loques de %araina, las %ulsa$iones se releaan, %ero $uando in$id5an en el es%a$io que ha5a entre los dos loques de %araina, se generaa una onda nueva, es de$ir la onda se dira$ta.
La velo$idad de %ro%aga$i0n de%ende de la re$uen$ia ! la longitud de onda, !a que, %ese a las oserva$iones, mientras la re$uen$ia aumentaa la longitud de onda disminu5a. "e identii$a el $om%ortamiento ! algunas de las %ro%iedades undamentales de las ondas generadas en una su%eri$ie de agua, $omo la re$uen$ia, la longitud de onda, la velo$idad de %ro%aga$i0n, entre otras. Adem&s, se estudia algunos de los en0menos que se %resentan en las ondas me$&ni$as $omo la dira$$i0n, intereren$ia ! la le! de la rele/i0n. "e analiza, los en0menos de intereren$ia ! dira$$i0n usando el motor que generaa las %ulsa$iones. "e en$ontr0 que $uando dos ondas se en$ontraan, estas se sumaan ! ha$ia otra m&s grande 9intereren$ia $onstru$tiva: ! que en las ranas negras en donde se $ortaan las dos ondas se eliminaan 9intereren$ia destru$tiva:. n $uanto a la dira$$i0n, las ondas generadas al en$ontrar un es%a$io entre dos arreras, ormaan una nueva al in$idir sore este. •
"e %udo eviden$iar la genera$i0n ! %ro%aga$i0n de los %ulsos ! ondas %eri0di$as en la su%eri$ie del agua %or medio de los %ro$esos realizados en la %r&$ti$a.
•
>or medio del res%e$tivo %ro$eso se %udo verii$ar la le! de la rele/i0n $uando se verii$o que las ondas relearan $on el mismo &ngulo $on el que $ho$aan en la arrera.
Figura.6. Fenómeno de difracción en propagación de ondas circulares, cuando se coloca como $arrera $lo%ues de parafina.
•
*. CONC)US"ONES •
"i una onda %lana se $ho$a $ontra una arrera de igual orma, la le! de la rele/i0n se $um%le %orque airma que el &ngulo de una onda in$idente es igual al &ngulo de la onda releada, tal ! $omo se eviden$ia en los resultados.
"e %udo medir la velo$idad de %ro%aga$i0n de las ondas en la su%eri$ie del agua de manera e/%erimental usando el estroos$o%io manual ! de manera te0ri$a usando el estroos$o%io ele$tr0ni$o teniendo un error %or$entual de a%ro/imadamente 1E !a que al ha$er los $&l$ulos de la re$uen$ia en el %ro$eso e/%erimental %uede que los datos no sean mu! %re$isos. >or medio de los dierentes %ro$esos realizados se %udieron oservar los en0menos de la intereren$ia ! el de la dira$$i0n de las ondas.
Re1erenc#as
RevColFis, ol. , No. de 20
•
•
1((.*E), >. e. 923 de marzo de 2)1*:. !ro"esor en linea. <tenido de htt%;??.%roesorenlinea.$l?isi$a?"onido
•
'ovimiento ondulatorio 923 de erero de 2))(: Mdis%onile en internet; htt%;??.s$.ehu.es?se?isi$a?ondas?'ov
•
Cara$ter5sti$as de las ondas 91 de erero de 2))(: Mdis%onile en internet; M htt%;??.angelire.$om?em%ire?seigrid?Car a$teristi$asdelasondas.html&
(
F'sica universitaria undcima edición, por Pearson )ducación *xico +.A.
•
'ovimiento ondulatorio Jos- Luis "an meterio. 'ovimiento ondulatorio 923 de erero de 2))(: Mdis%onile en internet; htt%;??neton.$ni$e.me$.es?2a$h?ondas2?inde /.htmlN
•
AC<"6A Alonso, introdu$$i0n a la 5si$a tomo I editorial $ultural $olomiana
