UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ

CENTRO REGIONAL DE CHIRIQUÍ

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

FISICA III

Laboratorio #2 de ondas.

PROFESOR:

Ing. Javier Ríos

Integrantes de grupo

Efraín Camarena 4-809-324

Hernández Wilber 4-752-2122

Miranda Samuel 4-751-75

Rivera Héctor 4-750-1184

Fecha de Entrega

21 de septiembre de 2009

Curso de

Física III

Introducción

En este laboratorio estudiamos el comportamiento de las ondas sobre el agua. Las ondas que se producen en el mar al paso de una lancha es un ejemplo muy común, en este caso las observaremos desde una “cubeta de ondas” que es una cubeta que posee un fondo de vidrio que permite proyectar sobre una pantalla las crestas y los valles. La dispersión de las ondas en forma de círculos que se van ensanchando es un hecho conocido por todos.

Para poder entender mejor lo que sucederá en los distintos experimentos, es necesario definir ciertos conceptos o propiedades de las ondas:

- Difracción: Desviación de los rayos luminosos cuando pasan por los bordes de un cuerpo opaco.

- Refracción: propiedad que poseen algunos cristales de dar origen con un solo rayo incidente a dos refractados.

- Interferencia: Fenómeno que resulta del paso de dos o más ondas por un mismo punto, en que se superponen sus efectos.

En este laboratorio se estudiarán las ondas superficiales en la cubeta descrita anteriormente. Estas ondas se caracterizan por tener forma senoidal, por lo que a las partes superiores de la onda las llamaremos crestas y a las partes inferiores se les llamará valles.

Por otro lado, el generador de ondas producirá dos tipos, una de ellas son circulares que se desplazan hacia todos lados a la misma velocidad con la forma de circunferencia que se agranda en radio con un centro constante. El otro tipo de ondas que se generarán son las longitudinales que se desplazan en una sola dirección y un solo sentido en forma de una recta. Aunque su forma sea distinta, ambas tienen las mismas propiedades que se definieron anteriormente. A continuación presentamos un informe de lo que se llevara a cabo en el laboratorio.

Ondas (cubetas de ondas)

Objetivos

Observar las ondas que se propagan por el pulso del motor en la cubeta.

Apreciar la refracción de la onda que se produce al pasar de una zona profunda a otra menos profunda.

Estudiar la longitud de onda en función de la profundidad del agua.

Marco Teórico:

Una onda mecánica es una perturbación tensional que se propaga a lo largo de un medio. El sonido es el ejemplo más conocido de onda mecánica, que en los fluidos se propaga como onda longitudinal de presión. Los terremotos, por otra parte, se modelizan como ondas elásticas que se propagan por el terreno.

En física, una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio vacío. Una vibración puede ser definida como un movimiento de ida y vuelta alrededor de un punto de referencia. Sin embargo, definir las características necesarias y suficientes que caracterizan un fenómeno como onda es, como mínimo, algo flexible. El término suele ser entendido intuitivamente como el transporte de perturbaciones en el espacio, donde no se considera el espacio como un todo sino como un medio en el que pueden producirse y propagarse dichas perturbaciones a través de él. En una onda, la energía de una vibración se va alejando de la fuente en forma de una perturbación que se propaga en el medio circundante (Hall, 1980: 8). Sin embargo, esta noción es problemática en casos como una onda estacionaria (por ejemplo, una onda en una cuerda bajo ciertas condiciones) donde la energía se propaga en ambas direcciones por igual, o para ondas electromagnéticas/luminosas en el vacío, donde el concepto de medio no puede ser aplicado.

Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas/montes y valles, y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una onda transversal son aquellas con las vibraciones perpendiculares a la dirección

de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. Ondas longitudinales son aquellas con vibraciones paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras.

Cuando un objeto corte hacia arriba y abajo en una onda en un estanque, experimenta una trayectoria orbital porque las ondas no son simples ondas transversales sinusoidales.

Ondas en la superficie de una cuba son realmente una combinación de ondas transversales y longitudinales; por lo tanto, los puntos en la superficie siguen caminos orbitales

Todas las ondas pueden experimentar las siguientes:

Difracción - Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.

Efecto Doppler - Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas.

Interferencia - Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio.

Reflexión - Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección.

Refracción - Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

Onda de choque - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.

Elementos de una onda.

Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda.

Periodo (Desplazamiento horizontal): El periodo consiste en el tiempo de duración o intervalo de tiempo que este presenta entre dos crestas.

Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre dos crestas consecutivas. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.

Frecuencia: Se entiende por frecuencia al número de veces que es repetida dicha vibración en otras palabras es una simple repetición de valores por un periodo de tiempo determinado.

Materiales:

Cubeta de onda Motor eléctrico Obstáculos

Procedimiento:La cubeta para ondas se compone de una cuenca plana, con fondo de cristal, encerrada dentro de un marco de aluminio. Debajo se encuentra un espejo desmontable, colocado en posición oblicua, y a través de él se proyectan las ondas sobre una placa de vidrio opaco. Una lámpara halógena, con un estroboscopio pre conectado, ilumina la cubeta desde arriba. La generación de ondas en el agua se realiza por medio de la transmisión de las oscilaciones de un vibrador electromagnético. La unidad de control es responsable de regular por separado tanto la frecuencia del estroboscopio, como la frecuencia y amplitud del vibrador.Las frecuencias del estroboscopio y del vibrador se pueden ajustar para que ambos funcionen de manera sincrónica o asíncrona. Para medir la frecuencia del vibrador hay conexiones disponibles de 4 mm para la conexión a un contador. Es posible fijar diferentes tapones, en el soporte de la cubeta, para generar ondas rectilíneas o circulares. Rejilla, diafragmas de rendija, pared de reflexión y objetos de refracción constituyen los accesorios adicionales.

Cubeta de ondas con accesorios.

Principio de Huygens: Coloque un foco puntual y observe las ondas formadas. Coloque varios focos puntuales y observe la superposición de las ondas emitidas por cada foco.

Reflexión: Produzca ondas esféricas y observe que les sucede al llegar al otro extremo de la cubeta. Coloque un objeto plano y largo en forma inclinada respecto al foco y observe lo que sucede con las ondas que chocan contra él.

Produzca ahora ondas planas y observe los mismos pasos anteriores.

FIG. (1-3).

FOCO Pared de la cubeta

PLANO (ó recto)

OBSTACULO

FIG. (1-3).

Refracción

Colocar en el agua que exista en la cubeta, un vidrio que quede sumergido usando como soporte objetos delgados. (ej. monedas ). FIG. (1-4).

De nuevo producir ondas planas y esféricas en un extremo.

AGUA

VIDRIO OBSTACULO OBSTACULO

d

VIDRIO MONEDAS

FIG. (1-4). FIG. (1-4).

Interferencia y Ondas Estacionarias

Produzca sobre el agua dos perturbaciones en tiempos y lugares diferentes. Qué ocurre ?.

Si las perturbaciones se producen al mismo tiempo, explicar qué fenómeno s presenta.

Coloque en el excitador, dos, tres, cuatro … focos puntuales. Qué ocurre en cada caso ?.

Principio de Huygens - Difamación.

Colocar dentro de la cubeta llena de agua, en al mitad, un obstáculo, como se muestra en la figura (1-5). Observar qué ocurre cuando al producir una onda plana, las ondas llegan al obstáculo. Varíe d y observe.

Conclusión

- En este laboratorio se estudió el comportamiento de una onda en un medio acuoso, como por ejemplo observando un pulso creado en la cubeta con un mecanismo que provocaba un movimiento constante de dos puntas que al perturbar el agua formaban ondas uniformes a invariable velocidad y con ellas se pudo estudiar ciertos comportamientos y propiedades.

- Por otro lado, el estudiar la velocidad de la onda en este medio acuoso, se pudo observar que se mueven a distinta velocidad en diferentes medios. Además, la velocidad de las onda depende de su profundidad, es decir, aguas de los profundidades distintas se consideran como medios distintos en cuanto a propagación de ondas, como se demostró en la actividad en la cual se colocó un vidrio en la superficie de la cubeta, que permitía observar como variaba la velocidad de la onda en distintas profundidades, sin embargo la frecuencia no varía. También, la nitidez sobre el vidrio es más clara y la longitud de onda se apreció que es más pequeña, y fuera de él, la onda, se puede observar más notoriamente.

- En otro aspecto, cuando tenemos un generador de ondas constantes, en donde éstas son bloqueadas por dos barras que forman una rendija, si espacio formado por la rendija es suficientemente pequeño la onda sufrirá un cambio en su forma dado que cuando se hizo este experimento se utilizó ondas circulares, pero al pasar a través de la rendija se formaban ondas longitudinales, lo que da a pensar que la rendija podría actuar como un nuevo foco, en cambio cuando el espacio formado por la rendija es grande, la onda, sigue inalterada.

Bibliografía

www.ventusciencia.com/pdfs/10242.pdf www.cimat.mx/~gil/tcj/2005/ondas.doc www.profisica.cl/experimentos/1_medio/el.../ondas agua.