CUBETA DE ONDAS

CUBETA DE ONDAS

Bowl of waves

1 Universidad de La Salle.

Resumen

En esta práctica de laboratorio se observó la propagación de pulsos y ondas en la superficie del agua en una cubeta, así como el cambio de dirección de ondas rectas al pasar de un medio a otro. Se determinaron frecuencias diferentes entre el estroboscopio y la onda viajera y hallamos las posibles causas.

Se midió la velocidad de propagación de varias ondas, para observar los fenómenos presentes y así analizar con más detalle algunos de los factores que pudieron influir, para que se presentaran dichos cambios.

Palabras claves: Ley de reflexión, ondas, estroboscopio,

Abstract

In this laboratory practice the pulses and waves spread on the water was observed, as well as the change of direction of straight waves from one midst to another. Different frequencies were deter-mined between the stroboscope and the ongoing wave, and the possible causes of this. The spread speed of some waves was measured; the purpose of it was watching the factors that could show those changes.

Keywords: Law of Reflection, waves, stroboscope.

Objetivos

Observar la generación y propagación de pulsos y ondas periódicas en la superficie del agua

Verificar la ley de la refexion

Medir la velocidad de propagación de las ondas en la superficie del agua

Observar los fenómenos de interferencia y difracción de ondas

1. Introducción

El fin de este experimento es observar, varios fenómenos de interferencia, ver como se comporta la velocidad de la onda y como analizar su comportamiento. Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando hay ondulación recibe el nombre de pulso de onda, lo caracteristico de un pulso de onda es que tiene principio y final. Esto es, extensión ilimitada.

En un movimiento ondulatorio común se perturba la superficie del agua, en este caso la cubeta de ondas.

Las frecuencias de las ondas incidente, transmitida y reflejada son iguales. Por otra parte la longitud de onda de la onda transmitida, difiere del incidente, en una relación que depende de sus índices de refracción respectivos:

La Refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda (Figura 1) al pasar de un medio 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.

La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda.

Figura 1: Efecto de Refracción.

La Reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda (Figura 2) que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.

Figura 2: Efecto de Reflexión.

2. Procedimiento

En una cubeta llena de agua hasta la mitad aproximadamente se dispone de luz de una lampara.Se toma un punto de la superficie del agua con la punta de un lápiz, observando un pulso que se propaga. Luego se mueve suavemente un madero recto suspendido de los soportes laterales de la cubeta, después se coloca una barrera recta en la cubeta y se produce un pulso circular, localizándose la fuente virtual del pulso reflejado.

A continuación se producen pulsos rectos de manera que se reflejan en una barrera paralela a ellos, se cambia la orientación de la barreray se observan los pulsos incidentes y reflejados, midiéndose asilos angulos de dichos pulsos, lueo se dispone en la cubeta una barrera en forma de parábola y se generan pulsos rectos y se determinan en la pantalla, luego para saber si se pueden producir ondas periódicas en la cubeta se usa como generador un madero largo impulsado por un motor que lo hace move de forma periódica generando en la superficie del agua ondas rectas que se propagan en la dirección perpendicular al madero. Después con la ayuda del estroboscopio se mide la longitud de la onda y la frecuencia de las ondas periódicas cuya imagen es observada en la panatalla, se detiene el movimiento de los frentes de onda a través del estroboscopio, para la interferencia se coloca en el vibrador dos pequeñas esferas separadas 5 cm, de manera que se sumerjan simultáneamente y por lo tanto se comportan como fuentes puntuales que oscilan en fase, para la difracción se coloca un bloque de parafina a 10 cm del generador de ondas rectas y por ultimo se colocan dos bloques de parafina de manera que entre ellos quede una abertura.

Ecuaciones

Se utilizo la siguiente ecuación:

V=λf

Donde f: frecuencia

λ: longitud de onda

Para obtener los valores del λ se coloco el generador a propagar una serie de ondas y luego con el estroboscopio se encontró la frecuencia que tenía que ser igual a la frecuencia de la onda viajera solo cuando se encontraban los frentes de ondas, obteniendo de esta forma el valor de la frecuencia.

3. Resultados y Analisis

Realizamos el montaje

Figura 3: montaje

Después de haber realizado el montaje se toco un punto de la superficie con el dedo

Figura 4: propagación de ondas con el dedo

Se puede observar que la forma de la onda es circular y la velocidad del pulso era igual en todas las direcciones, debido a que no había ninguna barrera en medio de la cubeta que se interpusiera en el paso de la onda e hiciera que esta disminuyera su veloicdad o tomara otra direccion.

Ahora, se coloco un madero recto

Figura 5: propagación de ondas con madero recto

Nos damos cuenta que la forma de los pulsos generados son rectos osea de la misma forma del madero.

Se coloco una barrera recta, produciendo un pulso circular.

Figura 6: propagación de ondas circulares con barrera recta

La onda choca con la barrera recta y tiende a devolverse, para la fuente virtual (borde o pared de la cubeta):

Se produjeron pulsos rectos para que se reflejaran en una barrera paralela a ellos

Figura 7: propagacion de ondas en diferente orientacion

Vemos que al chocar con la barrera se refleja cogiendo una dirección paralela a esta osea hacia los extremos de la cubeta, dibujando en la pantalla los pulsos incidentes y reflejados nos dieron angulos de 45° los dos aproximadamente, la ley de reflexión si se cumple por que la misma onda que sale se refleja a un mismo angulo de la normal.

Se dispuso una barrera de forma parabolica y se generaron pulsos circulares

Figura 8: propagación de ondas con una barrera parabólica

En la figura 8 se puede observar que se forman ondas circulares pero cuando chocan con la barrera parabólica, esta se refleja y adopta la forma de la barrera. Cuando generamos los pulsos rectos, las ondas, chocan con las “puntas” o extremos de la barrera parabólica, haciendo que la onda se divida, provocando que:

Alrededor de la barrera, siga la onda recta.

Dentro de la barrera, la onda adopte la forma de esta, tendiendo a ser circular.

Se midio la longitud de onda y la frecuencia de las ondas periódicas, con ayuda de un estroboscopio

Figura 9: medición de longitud de onda y su frecuencia con ayuda del electroscopio.

h' = 77 cm

h = 38 cm

f = 6, 4 Hz

λ = 2 cm

h/h'= (λ verdadero)/(λ medido)

λ verdadero= h/h'* λ medido

λ verdadero=0,98 cm

V= λ.f

V=6,272 m⁄s

Entre cada franja brillante, la distancia entre ellas fue de 2 cm con una frecuencia de 6.4

Interferencia:

Figura 10: propagación de ondas con 2 esfera, separadas 5 cm.

En la imagen 10 se puede notar que cada una de las esferas, forma ondas circulares hacia afuera, y cuando se chocan, se forma una onda circular que va hacia el extremo de la cubeta.

f = 6.8 hz

λ = 2.7 cm

Difracción:

Por medio del montaje realizado podemos observar que las ondas tienen la capacidad de rodear los objetos de manera que algunas son reflejadas por el obstáculo y otras continúan su curso alrededor de este. A lo último las ondas se vuelven a unir formando el patrón inicial.

Figura 11: propagación de ondas con un bloque de parafina a 10 cm del generador horizontal

Figura 12: propagación de ondas con un bloque de parafina

La onda horizontal obtenida por el generador de ondas, al rebotar con la parafina, se divide en dos, pasando por los lados y chocando con las paredes de la cubeta. A diferentes frecuencias, el rebote en la parafina se hace mas notorio, haciendo que las ondas cambien de forma y ya no sean tan rectas, como se puede ver en la figura 12.

Figura 13: propagación de ondas con dos bloques de parafina

La onda que rebota en las dos parafinas, cuando pasa por la abertura, tiende a ser de forma circular, debido a que choca con los dos extremos de cada parafina, mientras que en el exterior de estas, sigue la forma horizontal, obtenida del generador de ondas.

Para este laboratorio nos pudimos dar cuenta que cuando ocasionamos un pulso puntual y colocamos una barrera vemos la onda que provocamos se refleja al tener contacto con la barrera, esto se debe a que la onda rebota contra la barrera y toma el mismo valor del ángulo pero en sentido opuesto, la onda rebotada se converge en un mismo punto el cual en el laboratorio denominado foco

La manera en que la barrera se relaciona con los angulos es que estos son respecto a su normal (su lado perpendicular), que es el lugar donde se toma la medida de los ángulos.

La manera en que la barrera se relaciona con los angulos es respecto a su normal (su perpendicular) es que se toman la medida de los ángulos. Además si no estuviese esta barrera el rayo incidente continuaría propagándose sin producir un rayo reflejado.

La velocidad de propagación de onda en la superficie del agua, es diferente a la que se observa en la pantalla, ya que las longitudes de ondas son diferentes, en la superficie del agua y en la pantalla, esto por la distancia que se encuenta entre la cuvela y el papel en el cual se refleja.

Se analiza el medio de propagación de este laboratorio el cual fue el agua, y se interpreta que es más fácil la visión de estas ondas en este medio por su forma intermolecular. Ya que en otro medio como el aire son mas dispersas y las ondas viajarian mas rápido.

Conclusiones

Cuando la onda se devuelve es mayor la frecuencia del estroboscopio.

La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, esto quiere decir que a mayor frecuencia menor será la longitud de onda y viceversa.

Para poder observar todos los diferentes fenómenos que puede presentar una onda, fue necesario poner barreras de diferentes formas, tamaños y en diferentes posiciones.

La velocidad de propagación de una onda es directamente proporcional tanto a la longitud como a la frecuencia de la onda.

La frecuencia del estroboscopio debe ser igual a la onda viajera

La velocidad de propagación de una onda es directamente proporcional tanto a la longitud como a la frecuencia de la onda.

Las ondas observadas en este laboratorio son ondas mecánicas, ya que necesitan de un medio para propagarse en este caso el agua.

Referencias

Guías de laboratorio de Física III.

Sears and Zemansky, Física universitaria, 11ed, Vol. 2, Pearson.

O.Martinez ONDAS ES FISICA, Ed. Eudeba, Buenos Aires, Argentina, 2009

A.French VIBRACIONES Y ONDAS, Reverté, Barcelona, España, 1974

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