Proyecto De Movimiento

TEMA: ONDAS

LA CUBETA DE ONDAS

La cubeta de ondas es un dispositivo experimental que nos permite mostrar, observar, estudiar el comportamiento de las ondas. Con ella se obtienen bastante buenos resultados, aprovechando el fenómeno de la propagación de las ondas superficiales en un líquido.

Consiste en un recipiente de poca profundidad cuyo fondo plano y rectangular es de vidrio transparente. Se usa para estudiar el comportamiento de las ondas observando la proyección de éstas sobre una pantalla colocada debajo de la cubeta, ó bien adaptándola para una retroproyectora.

CONSIDERACIONES GENERALES ACERCA DE LAS ONDAS

El hecho que fenómenos tan importantes como la luz y el sonido se propaguen por medio de ondas, hace que el estudio del movimiento ondulatorio sea de una gran importancia. Las ondas implican transporte de energía, mediante deformación o cambio de las propiedades del medio. El transporte de energía se realiza sin que haya desplazamiento de materia de un lugar a otro, en forma permanente. Hay algunas ondas que se propagan en medios materiales deformables -como en el caso del agua - y otras que se propagan en un medio con propiedades físicas, como por ejemplo propiedades electromagnéticas (la luz). De acuerdo a la dirección de propagación de la onda y la dirección de la perturbación o deformación del medio, suele clasificarse las ondas en dos tipos:

a) Ondas longitudinales: son aquellas en que la deformación se produce en la dirección de propagación de la onda. Este caso, es el de las ondas sonoras y las ondas de choque producidas en las explosiones.

b) Ondas transversales: la deformación se produce en dirección perpendicular a la de propagación de la onda, como por ejemplo las que se propagan en una cuerda tensa cuando se hace oscilar un extremo o bien las que se propagan en la superficie del agua

El tratamiento matemático es el mismo para ambos tipos de onda y se diferencian o reconocen sólo por el efecto de polarización. De acuerdo a la forma del frente de onda, estas pueden ser:

a) Planas: los puntos de igual fase o deformación constituyen un plano. Caso particular de ésta forma de onda es la rectilínea, para un espacio bidimensional.

b) Esféricas: los puntos con igual fase constituyen esferas concéntricas. Las ondas circulares son un caso particular para un plano, los frentes de ondas son circulares concéntricos que avanzan radialmente alejándose del generador. Si se define el rayo como la trayectoria de la energía, entonces geométricamente los rayos serán líneas rectas que parten desde la fuente. Un haz de rayos paralelos tendrá - de acuerdo con ésta definición - el mismo significado que un frente de onda plano y un haz de rayos convergentes o divergentes, significará que el frente de onda es esférico.

EL PRINCIPIO DE HUYGENS:

Para explicar la propagación de las ondas y la compatibilidad entre las hipótesis ondulatoria y corpuscular de la luz, Huygens ideó una construcción geométrica para conocer en cualquier instante del tiempo la forma de un frente de onda. Este principio afirma que cada punto del medio que es alcanzado por una onda se pone en vibración, construyéndose en un centro de nuevas ondas esféricas.

MONTAJE DE LA CUBETA

Se lava bien la cubeta, especialmente el fondo y se coloca sobre sus cuatro soportes de manera que quede a perfectamente horizontal. Se echa agua hasta una profundidad de 0,5 centímetros o poco más y se colocan playas de malla fina de alambre en las orillas a fin de evitar en lo posible las reflexiones en ellas, lo que perturbaría la observación de los fenómenos a estudiar. En el suelo debajo de la cubeta, se colocan un pedazo blanco que sirve de pantalla, sobre la que se proyecta lo que ocurre en la superficie del líquido. A cierta altura sobre la cubeta y en la parte central de ella se coloca una lámpara que solo ilumine hacia la cuba.

ACCESORIOS DE LA CUBETA

Generador de pulsos planos: Es una barra de madera ( o aluminio ), cuya longitud es un poco menor que el ancho de la cubeta.

Barreras: bloques de cantos biselados, tubo de goma hueco (por ejemplo trozo de manguera), todos ellos se usan como reflectoras o barreras.

Lámina de vidrio plano triple para refracción de ondas.

Modelos de lentes, de vidrio grueso o plástico transparente.

EXPERIENCIAS CON LA CUBETA.

CONSIDERACIONES Y PRECAUCIONES

Para obtener una buena observación de los experimentos que se realicen con la cubeta es conveniente tener presente algunas consideraciones y precauciones:

a) El vidrio de la cubeta debe estar bien limpio.

b) Para observar pulsos planos, el filamento de la ampolleta debe estar paralelo a la dirección de propagación. Si se desea observar pulsos circulares conviene colocar el filamento en posición vertical, con lo cual actúa como fuente puntual. Si no se dispone de la ampolleta adecuada debe colocarse delante un difusor o usar una esmerilada.

c) El generador de pulsos (si es de madera) debe mojarse antes de usarse con el objeto de evitar pulsos secundarios que se producen al caer gotas del generado.

d) Para estudiar el amortiguamiento puede usarse una barrera reflectora y tener cuidado en la amplitud del pulso.

e) Si el tubo de goma no tiene la forma deseada puede pasársele por su interior un pedazo de alambre con lo cual se le puede dar la forma que se desee comparando con algún modelo.

f) La amplitud e intensidad de los pulsos circulares puede regularse dejando caer gotas de agua, con un mismo gotario, desde diferentes alturas. En la cubeta pueden producirse tipos de pulsos, planos y circulares.

EXPERIENCIA SOBRE PULSOS EN LA CUBETA:

A.- Pulsos planos: Coloque en un extremo de la cubeta el generador de pulsos

EXP.1.-Haga funcionar el generador de pulsos, apoyándolo en el fondo de la cubeta. Observe la propagación del pulso y el amortiguamiento que experimenta a medida que este se aleja del generador.

EXP.2.-Coloque en el fondo de la cubeta el tubo de goma en forma de parábola con la cara cóncava hacia el generador de pulsos y su eje perpendicular a él. Genere pulsos planos y observe lo que ocurre con los pulsos reflejados en la manguera. Anote lo observado. Ubique la posición más adecuada de la manguera para que el fenómeno sea más apreciable.

Un pulso que viaja hacia la manguera en forma de parábola.

Pulsos circulares

EXP.1.- Con la punta de un lápiz o con el dedo genere un pulso circular lo más puro posible. Observe su propagación, especialmente en lo que se refiere al amortiguamiento.

EXP.2.-Coloque una barrera plana y emita un pulso circular a una distancia delante de ella: observe la forma del pulso reflejado.

EXP.3.-Trate de dibujar en el papel blanco que sirve de pantalla al pulso reflejado para distintos valores de la distancia.

EXP.4.-Repita el experimento con la manguera, (experimento 2, pulsos planos) y genere en el punto en que convergen los pulsos reflejados, un pulso circular. Ubique el punto de convergencia en la forma mas precisa posible. Observe la forma de los pulsos circulares reflejados en la manguera.

EXPERIENCIA SOBRE EL PRINCIPIO DE HUYGENS

EXP.1.-Coloque dos obstáculos perpendiculares a la dirección de propagación de un pulso plano, separados por una distancia pequeña (0,5 ó 1cm.) Observe la forma que toma el pulso al otro lado de la rendija. Repita lo mismo para un pulso circular.

EXP.2.-Coloque tres obstáculos en línea recta dejando dos rendijas entre ellas. Haga incidir sobre ellas un pulso plano en dirección perpendicular a los obstáculos. Observe la forma del pulso al otro lado de las rendijas. Repita, emitiendo un pulso circular.

EXP.3.-Repita los dos experimentos anteriores con un gran número de rendijas, lo puede conseguir usando una peineta en lugar de colocar barreras.

EXP.4.-Realice los pasos 1, 2 y 3, colocando las barreras alineadas en otra dirección. Si puede curve la peineta, observe detenidamente la forma de los pulsos al otro lado de la barrera.

IMÁGENES

ONDAS PERIODICAS:

Las ondas periódicas, planas y esféricas, se pueden producir con los generadores de pulsos. Para la mejor observación de las ondas periódicas conviene tener presente las siguientes precauciones:

1. Si la fuente de luz es rectilínea y se están observando ondas planas conviene dejar el filamento paralelo a la dirección de propagación de las ondas, con lo cual resultan más los máximos y mínimos. Para la observación de

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