República de PanamáDirección Regional de Los Santos

Universidad Tecnológica de PanamáFacultad de Ingeniería Eléctrica

Lic. en Ingeniería Electromecánica

Laboratorio de Física # 5

“Análisis cualitativo de la transmisión de ondas”

Integrantes:

Miguel Moreno

Antony García

Rolando Mendieta

Angel Mendieta

Profesor:

Javier Velarde

Fecha de Entrega:

18 de septiembre de 2012

Cuarto Semestre

Introducción

El movimiento ondulatorio aparece en casi todos los campos de la Física.

Sin duda alguna, la noción más intuitiva que tenemos del movimiento

ondulatorio está asociada con las ondas producidas por el viento o

alguna otra perturbación sobre la superficie del agua. Oímos un foco

sonoro por medio de las ondas (ondas sonoras) que se propagan en el

aire o en cualquier otro medio material- y las vibraciones del propio foco

(ejemplos: la cuerda de una guitarra, la columna de aire en un tubo

sonoro, etc.) constituyen una onda denominada onda estacionaria.

Muchas de las propiedades dela luz se explican satisfactoriamente por

medio de una teoría ondulatoria, estando firmemente establecido hoy

día que las ondas luminosas tienen la misma naturaleza que las

radiondas, las radiaciones infrarrojas y ultravioletas, los rayos X y la

radiación gamma.

Uno de los progresos más importantes de la Física del siglo XX ha sido el

descubrimiento de que toda la materia está dotada

de propiedades ondulatorias (ondas de materia) y que, por ejemplo,

un cristal difracta del mismo modo un haz de electrones que un haz de

rayos X.

Esperemos que esta experiencia sea del agrado del lector.

Objetivos

Analizar cualitativamente el concepto de onda.

Calcular frecuencia, periodo, longitud y velocidad de propagación

de una onda.

Valorar el estudio del modelo ondulatorio para la explicación de los

fenómenos mecánicos y electromagnéticos.

Materiales

Metro

Resortes de diferentes densidades

Cronómetro

Análisis indagatorio

Si sabemos que las seis cuerdas de una guitarra tienen la misma

longitud y están sometidas a una tensión muy parecida, pero tienen

diferente espesor. ¿En qué cuerda viajan con mayor rapidez las ondas?

¿Influyen estos parámetros en la frecuencia de oscilación?

R- El tono de una cuerda depende de su peso y por tanto de

su diámetro y su densidad, es decir, sus medidas.  A mayor tamaño de

la cuerda, mayor es su peso. Y a mayor peso, se necesitará una mayor

energía para moverlas y por ello oscilarán más lentamente. Cuanto más

largas y más pesadas, un sonido más grave producirán. Las cuerdas más

pesadas además, requieren una tensión mayor para la misma altura del

sonido, o sea, para el mismo tono y son, consecuentemente, más

difíciles de presionar con los dedos a la hora de tocar. Eso quiere decir

que en la cuerda de menor diámetro la onda viajara a mayor rapidez;

sabiendo que estos parámetros influyen en la frecuencia de oscilación

ya que ninguna de las 6 cuerdas de una guitarra suena igual.

Descripción teórica

Los movimientos ondulatorios (u ondas) son, fundamentalmente, de dos

clases: mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas necesitan

un medio material para propasarse; las electromagnéticas no,

se propagan también por el vacío.

Podemos observar ejemplos de movimiento ondulatorio en la vida diaria:

el sonido producido en la laringe de los animales y de los hombres que

permite la comunicación entre los individuos de la misma especie, las

ondas producidas cuando se lanza una piedra a un estanque, las ondas

electromagnéticas producidas por emisoras de radio y televisión, etc.

Las clases de ondas son: periódicas, no periódicas, longitudinales,

transversales, progresivas o viajeras, estacionarias

Ondas Estacionarias: Aplicadas al Sonido

El sonido es una onda mecánica longitudinal cuya frecuencia f0, es la

más baja que se puede obtener en la flauta aguda (caramillo). Un

armónico es una nota cuya frecuencia es un múltiplo entero de f0.

El ruido es un sonido audible no armonioso. Procede de ondas no

periódicas. Una nota musical es un sonido agradable; procede de ondas

periódicas.

Las ondas estacionarias se forman cuando dos ondas de igual amplitud,

longitud de onda y velocidad avanzan en sentido opuesto a través del

medio. (especie de superposición de ondas donde tiene lugar entre dos

ondas de idénticas características pero propagándose en sentido

contrario)

Las ondas estacionarias aparecen también en las cuerdas de los

instrumentos de cuerdas, el violín que vibra por ejemplo que posee

cuerdas (con nodos en los extremos con adicionales en el centro).

Las vibraciones son simultánea con un tono fundamental y de diferentes

armónicos.

Los armónicos son vibraciones subsidiarias que acompañan a una

vibración de movimiento ondulatorio (primario o fundamental) de los

instrumentos musicales.

La frecuencia es la cantidad de oscilaciones completas que se realizan

en un determinado tiempo. La frecuencia mas baja de la serie recibe el

nombre de frecuencia fundamental, y las restantes, son los armónicos.

Exploración y resultados

1. Sujetamos el extremo de uno de los resortes que el profesor nos

proporciono, sobre una superficie lisa, el piso o la mesa del

laboratorio. Estiramos el resorte una longitud de

aproximadamente 5.0 m.

Genere pulsos rápidos y cortos. ¿Qué observa? ¿Se desplaza el

medio? ¿Cómo llamaría a este fenómeno?

R- Observamos que el resorte empieza a oscilar de forma que se

traslada energía sin transportar la masa del mismo de un extremo

a otro. Este fenómeno se conoce como el principio de onda y de

esta forma podemos imaginar como funcionan los medios de

comunicación.

2. Cuando genera un pulso, ¿cambia su forma? ¿cambia su

velocidad? Explique.

R- El resultado que obtuvimos al generar un pulso fue que la forma

del resorte se mantiene que es la onda hasta que se detiene la

oscilación; mientras su velocidad se mantiene constante durante

el periodo de la oscilación.

3. Genera varios pulsos de tamaño y forma diferente, ¿Depende la

velocidad de propagación del tamaño del impulso?

R- Si ya que al cambiara los tamaños de mayor a menor pulso

afecta la velocidad, de mayor a menor impulso menor velocidad y

menor a mayor impulso mayor velocidad

4. Genere varios pulsos incidentes. Con la ayuda de un cronometro

determine la velocidad del pulso incidente. De igual forma calcule

la velocidad de la onda reflectante. Compárelo Explique

R- Al generar varios pulsos incidentes observamos que existía una

onda reflectante que era igual a la onda incidente y captamos que

el pulso de la onda incidente no era afectada por la onda

reflectante o sea que en una misma línea pueden viajar varias

ondas.

5. Cambie la tensión en el resorte. ¿Afecta la velocidad de la onda?

¿Puede considerarse medios diferentes al cambiar la tensión en el

resorte?

R- Hicimos dos experimentos uno con el resorte a una distancia de

1.0 metro y otro a 5.0 metro. De esta forma obtuvimos dos

tensiones en la distancia de 1.0 metro la tensión era menor a la de

5.0 metro; cuando comparamos la velocidad es mayor en la

tensión de 5.0 metro ya que tiene que desplazarse una distancia

más grande así mismo aumenta el periodo.

Esta condiciones no pueden considerarse para medios diferentes

ya que aumentara o disminuirá la velocidad dependiendo del caso.

6. Envíe un pulso a lo largo del resorte al mismo tiempo que el

compañero envía otro desde el otro extremo. ¿Qué sucede cuando

las ondas se encuentran? ¿Qué relación existe entre el máximo

desplazamiento del resorte y el máximo desplazamiento de cada

pulso aislado?

R- Cuando las ondas se encontraron en un mismo punto ellas se

anulan o sea que ocurre un desfase.

La relación que existe entre el máximo desplazamiento del resorte

y el máximo desplazamiento de cada pulso aislado fue al realizar

pulsos contrarios al mismo tiempo la amplitud de la onda aumenta

"fase"; la relación de los pulsos se establece que cuando esta en

desfase se anula la amplitud. En fase se aumenta la amplitud de la

onda. Entonces son inversamente proporcionales.

7. Cambia el resorte por uno de mayor densidad y realice el mismo

procedimiento. Observe que sucede. Explique.

R- Al cambiarlo por uno de mayor densidad la velocidad de la onda

fue más lenta eso debido a la constante de resorte. También

vimos que se dieron menos oscilaciones de punto a punto.

8. Para investigar el paso de pulso de un medio a otro hasta con atar

entre sí dos resortes en los que las ondas se propaguen con

velocidad diferente. Envié un pulso, primero en una dirección y

después en la opuesta. ¿Qué sucede cuando los pulsos alcanzan la

unión entre los muelles?

R- Se generaron ondas de tamaño diferente lo que se observaba

era que las ondas cuando se chocaban la de mayor hacia

aumentar a la de menor amplitud.

9. Genere pulsos transversales y longitudinales. ¿Qué diferencia

observa entre estos dos pulsos?

R- Visualizamos que los pulsos transversales se mueven de forma

perpendicular mientras tanto el pulso longitudinal en forma

paralela.

10. Mantenga un extremo fijo y genere pulsos seguidos. ¿Qué

patrón se forma? Haga un esquema de lo observado ¿Qué nombre

le daría a este patrón? ¿Qué puntos característicos observo?

R- El resultado es entonces, la reflexión total de la onda en el

punto fijo, siendo la onda reflejada igual y opuesta a la onda

incidente.

Físicamente, el mecanismo es el siguiente: cuando la señal llega a

la pared, la cuerda tira de la pared en un sentido, y, como

consecuencia de la tercera ley de Newton, la pared tira de la

cuerda en sentido igual y opuesto. Por tanto, podemos sustituir la

pared por una fuerza externa que va en sentido contrario a la

elongación. El resultado de la acción de esta fuerza es la onda

reflejada, de sentido y signo contrario a la incidente.

Imágenes

Patrón que se forma al mantener un extremo fijo del resorte

Onda viajando a través del resorte (transversal)

Onda viajando a través del resorte (longitudinal)

Gráfica de pulsos longitudinales y transversales

Glosario

Frecuencia: Es una magnitud que mide el número de repeticiones por

unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Onda: Consiste en la propagación de una perturbación de alguna

propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo

eléctrico o campo magnético, a través de dicho medio, implicando un

transporte de energía sin transporte de materia.

Onda estacionaria: son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de

la onda llamados nodos, permanecen inmóviles.

Onda longitudinal: Es una onda en la que el movimiento de oscilación

de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de

la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas

de presión u ondas de compresión.

Onda viajera: Es una perturbación que se propaga a lo largo de un

medio a una velocidad definida.

Onda transversal: es una onda en movimiento que se caracteriza

porque sus oscilaciones 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.

Periodo: Es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la

onda.

Resorte: Un operador elástico capaz de almacenar energía y

desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente cuando cesan

las fuerzas o la tensión a las que es sometido.

Recomendaciones

Tratar de leer la guía de laboratorio antes de empezar la

experiencia.

No jugar con los resortes proporcionados por el profesor ya que

pueden entrelazarse y con esto dañarlos.

Prestar mucha atención a las indicaciones del facilitador, así

resulta más fácil la experiencia a realizar.

Conclusiones

En esta experiencia realizada hemos podido concluir que:

Se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de

materia, mediante ondas mecánicas o electromagnéticas.

Las ondas son una perturbación periódica del medio en que se

mueven.

Hay dos clases de ondas:

Ondas longitudinales,

Ondas transversales

Las ondas se clasifican según la dirección de los desplazamientos

de las partículas en relación a la dirección del movimiento de la

propia onda.

Cuando dos pulsos que avanzan por una cuerda se encuentran,

sus amplitudes se suman formando un pulso resultante. Si los

pulsos son idénticos pero avanzan por lados opuestos de la

cuerda, la suma de las amplitudes es cero y la cuerda aparecerá

plana durante un momento (A)

Bibliografía

http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/

Movimientoondulatorio.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda

Guía de Física III (Análisis cualitativo de la transmisión de ondas)