ESCUELA POLITECNICA DEL EJÈRCITO

GUIA DE PRÁCTICA # 1.2

TEMA:

MOVIMIENTO ONDULATORIO

1.- OBJETIVOS:

Conocer las clases de ondas y los medios en las que se propagan

Identificar los elementos y factores que intervienen en un fenómeno ondulatorio.

Comprender la formación y características de propagación de ondas unidimensionales

y superficiales.

2.-MATERIALES EQUIPO

- Resorte helicoidal elástico. - Cuba de onda y accesorios

3.-PROCEDIMIENTO:

3.1.-Resorte helicoidal elástico

Dispongo el resorte sobre una mesa horizontal lisa y asegure el un extremo a un soporte fijo.

3.1.1.-Tome con la mano el otro extremo del resorte y súbitamente mueve hacia un lado

regresando inmediatamente hacia la posición inicial.

Repita esta operación a intervalos iguales de tiempo y en cada caso implicando una tensión

diferente al resorte.

3.1.2.- Con la disposición inicial, mueva la mano ahora hacia delante, en sentido en que esta

el eje del resorte.

Repita esta operación a intervalos iguales de tiempo y en cada caso aplicando una tensión

diferente al resorte. Observe en cada caso las características de los pulsos incidentes y

reflejados.

3.2.- Cuba de ondas

3.2.1.- Produzca pulsos rectos y luego circulares en la superficie del agua.

Coloque en cada caso, un pedazo de papel flotante sobre la superficie del agua.

PULSOS RECTOS PULSOS CIRCULARES

3.2.2.- Utilice frentes de onda plana que incidan sobre un obstáculo lineal, cóncavo y

convexo.

Compruebe las leyes de la reflexión.

3.2.3.- Intente propagar estas ondas en diferentes medios y verifique las leyes de refracción.

PLACA DE ACRILICO REFRACCION

3.2.4.- Posteriormente introduzca en el frente de onda obstáculos con una y dos aberturas

variables y aplique los principios de la difracción.

3.2.5.- Forme trenes de ondas circulares simultáneas y a corta distancia el uno del otro y

reproduzca el fenómeno de la interferencia.

INTERFERENCIA

En todos estos casos, utilice configuraciones geométricas (rayos) para representar los frentes

de onda.

3.4.-PREGUNTAS:

A.- Resorte helicoidal elástico

1.- Identifique que tipos de ondas ha producido y cuáles son sus principales

características, considerando: desplazamientos de las partículas del resorte pensión

amplitud y velocidad de propagación del pulso.

Tenemos ondas mecánicas, ya que en este caso nuestro medio es el resorte , el cual es un

medio elástico, las ondas observadas son de carácter longitudinal y transversal.

Ondas transversales: se producen cuando los elementos de la partícula viajan en forma

perpendicular al movimiento de la partícula .

Ondas longitudinales: pasa lo contrario los elementos de la partícula viaja en forma paralela

al movimiento de la onda.

2.- Considere el fenómeno de reflexión de ondas. Qué relación encuentra entre las ondas

incidentes y las reflejadas respecto a las características mencionadas anteriormente.

El fenómeno de reflexión dice que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión y

que el rayo incidente así como el reflejado, están en el mismo plano por lo tanto se puede

encontrar una relación con el resorte ya que como se pudo observar cuando formamos las

ondas prácticamente el ángulo de incidencia era aproximadamente el mismo de la misma

manera cuando formábamos la onda longitudinal se observó claramente que el rayo incidente

así como el reflejado están en la misma dirección.

Onda longitudinal Onda transversal

B.- Cuba de ondas

1.- Describa las características de las ondas planas y circulares.

ONDAS PLANAS.- Son ondas cuyos frentes de fase constante forman planos de tal manera

que la distancia entre dos de estos planos contiguos es igual a la longitud de onda.

ONDAS CIRCULARES.- Es una vibración con frecuencia constante

2.- Ha existido transporte de energía y materia?

Por lo que hemos visto en lo experimental podemos darnos cuenta que tanto en las ondas

planas como en las circulares, existe un transporte de energía, pero no de materia. Esto quiere

decir que una onda transporta energía a través del espacio sin que se desplace la materia. Un claro ejemplo de esto

son las olas del mar

3.- Describa las leyes de la reflexión haciendo referencia a esta práctica.

Cuando el movimiento ondulatorio, que parte de un

centro de vibración se transmite a través de un

medio y en el camino de su propagación encuentra

un obstáculo contra el cual choca, el movimiento

cambia de dirección.

Si trazamos las rectas perpendiculares

(denominadas rayos) a los frentes de onda

incidente y reflejado, se concluye, que el ángulo de

incidencia ̂ formado por el rayo incidente y la

normal a la superficie reflectante, es igual al

ángulo de reflexión ̂ formado por el rayo

reflejado y dicha normal.

Este fenómeno lo observamos el ingresar los

diferentes obstáculos en la cuba, sean esto lineales,

cóncavos o convexos.

4.- Analice el fenómeno de refracción.

La refracción es el cambio de dirección

que experimenta una onda al pasar de un

medio material a otro. Sólo se produce si

la onda incide oblicuamente sobre la

superficie de separación de los dos

medios y si éstos tienen índices de

refracción distintos. Este fenómeno se

origina en el cambio de velocidad que

experimenta la onda.

Cuando la onda pasa de un medio a otro

la hacen con diferentes velocidades donde

el ángulo de incidencia es diferente al

ángulo retractado.

5.- ¿Por qué se asume que al variar la profundidad del agua se considera como

variación de medios?

Esto se asume debido a que por ser una onda mecánica, la rapidez de su propagación depende

del medio de propagación elástico. La velocidad de propagación de la perturbación, dependerá

de la proximidad de las partículas del medio y de sus fuerzas de cohesión.

Así, la velocidad de propagación será mucho mayor en los sólidos que en los líquidos , y sobre

todo, que en los gases.

En nuestro caso, al momento de introducir un pedazo de acrílico en la cuba, este disminuye la

profundidad del agua, con lo cual las partículas de la onda se encuentran más cerca del

sólido.

6.- ¿Que leyes se deducen para la refracción?

LEY DE SNELL DE LA REFRACCIÓN

Consideremos un frente de ondas que se acerca a la superficie de separación de dos medios de

distintas propiedades. Si en el primer medio la velocidad de propagación de las ondas es v1 y

en el segundo medio es v2 vamos a determinar, aplicando el principio de Huygens, la forma

del frente de onda un tiempo posterior t.

A la izquierda, se ha dibujado el frente de ondas que se refracta en la superficie de separación

de dos medio, cuando el frente de ondas incidente entra en contacto con el segundo medio.

Las fuentes de ondas secundarias situadas en el frente de ondas incidente, producen ondas que

se propagan en todas las direcciones con velocidad v1 en el primer medio y con velocidad v2

en el segundo medio. La envolvente de las circunferencias trazadas nos da la forma del frente

de ondas después de tiempo t, una línea quebrada formada por la parte del frente de ondas que

se propaga en el primer medio y el frente de ondas refractado que se pro paga en el segundo.

El frente de ondas incidente forma un ángulo con la superficie de separación, y frente de

ondas refractado forma un ángulo con dicha superficie.

En la parte central de la figura, establecemos la relación entre estos dos ángulos.

En el triángulo rectángulo OPP’ tenemos que

v1·t=|OP’|·sin

En el triángulo rectángulo OO’P’ tenemos que

v2·t=|OP’|·sin

La relación entre los ángulos y es:

Reflexión total

Si v1>v2 el ángulo > el rayo refractado se acerca a la normal

Si v1<v2 el ángulo < el rayo refractado se aleja de la normal

En este segundo caso, para un ángulo límite el ángulo de refracción es

El ángulo límite es aquél ángulo incidente para el cual el rayo refractado emerge tangente a la

superficie de separación entre los dos medios.

Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite, el seno del ángulo de refracción

resulta mayor que la unidad. Esto indica, que las ondas que inciden con un ángulo m ayor que

el límite no pasan al segundo medio, sino que son reflejados totalmente en la superficie de

separación.

En la figura, observamos que a medida que se incrementa el ángulo de incidencia θ1 el ángulo

de refracción aumenta hasta que se hace igual a π/2. Si se vuelve a incrementar el ángulo de

incidencia, la onda incidente se refleja en el primer medio.

Índice de refracción

Se denomina índice de refracción, al cociente entre la velocidad de la luz c en el vacío y la

velocidad v de la luz en un medio material transparente.

La ley de Snell de la refracción se expresa en términos del índice de refracción

En la siguiente tabla, se proporcionan datos acerca de los índices de refracción de diversas

sustancias

7.- En qué consiste la difracción.- Dibuje el patrón correspondiente

El término difracción viene del latín diffractus que significa quebrado. La etimología alude al

fenómeno por el que una onda puede contornear un obstáculo en su propagación, alejándose

del comportamiento de rayos rectilíneos.

Cuando las ondas pasan a través de una abertura cuyo tamaño se compara con la longitud de

onda se distribuyen al otro lado de la abertura. La distribución de ondas que pasan a través de

dichas aberturas u obstáculos se llama difracción.

La onda se descompone en varias ondas de tal manera que al sumar debe darme la onda

original.

8.- ¿Cómo depende el tamaño de la abertura y la longitud de onda?

La difracción es mínima cuando la abertura es mucho mayor que la longitud de onda.

9.- ¿Cómo aplicó el principio de Huygens?

El principio de Huygens

El principio de Huygens proporciona un método geométrico para hallar, a partir de una forma

conocida del frente de ondas en cierto instante, la forma que adoptará dicho frente en otro

instante posterior

En todo momento porque a medida que seguimos cambiando las piezas dándole formas

diferentes a las ondas nos pudimos dar cuenta que las ondas adquirían la forma del medio y

estas tienen las mismas propiedades en todos los puntos y en todas las direcciones.

10.- ¿Cuando la difracción ocurre en dos aberturas que caracterí sticas presentan?

Por cada abertura se formaba una onda radial y pudimos ver que al juntarse o chocarse existía

interferencia de ondas.

11.- ¿Cuándo se tiene interferencia y cuáles son sus características?

Cuando dos ondas similares se presentan al mismo tiempo en un punto del espacio decimos

que se interfieren entre sí. Si la perturbación ondulatoria resultante en un punto es mayor que

la que produce cada una de las ondas decimos que la interferencia es constructiva si es menor

es una interferencia destructiva

12.- Dibuje el patrón de interferencia

ECUACIONES CORRESPONDIENTES A LA INTERFERENCIA DE ONDAS

( )

( ) [ ( ( ) ( ))]

(

) (

)

Las gráficas de las ondas por separado

13.- ¿Qué son las líneas nodales y anti nodales?

Nodos: son los lugares donde la perturbación de onda total es cero en todo momento.

Antinodo: es la posición en la que la amplitud del movimiento resultante es máxima.

4.-Bibliografía

FISICA UNIVERSITARIA TOMO I (RUSSEL)

PRACTICAS DE LABORATORIO FISICA II(ING. PONTON)

www.wikypedia.com

www.fisicanet.com