Universidad Tecnológica Metropolitana Facultad de ciencias Naturales, Matemáticas y medio ambiente Departamento de Física

Movimiento Ondulatorio

“Cubeta de ondas”

Integrantes: Paloma HernándezDanitza SepúlvedaPablo Uribe Meza

Carrera: Química Industrial

Profesor: Eduardo Araya

Fecha: 14 septiembre 2012

Objetivos

Objetivo General

1. Estudiar el comportamiento ondulatorio que presenta distintas fuentes de ondas generados en un medio acuático.

Objetivos Específicos

2. Discriminar sobre la base de la propagación ondulatoria acuática, los fenómenos físicos distinguibles como reflexión, refracción, difracción e interferencia.

3. Controlar, medir y calcular variables físicas involucradas en el movimiento ondulatorio superficial experimental en una cubeta con agua.

Introducción – Marco Teórico

Seguramente, muchas veces te has preguntado el porqué cuando dejábamos caer una piedra en un pozo de agua se expandían círculos a su alrededor cada vez más grandes, la respuesta a este fenómenos físico es la generación de una ONDA.

En Este práctico experimental se mostrará este fenómeno a través de una cubeta de ondas con un dispositivo cuya base es de vidrio sobre la cual hay agua, mediante el uso de un vibrador se generan ondas. Además de un foco de luz que permitió proyectar las ondas y “congelar” la imagen deseada, esto nos permitió mostrar, observar y estudiar el comportamiento de las ondas. Con ella se obtuvieron buenos resultados, utilizando el fenómeno de la propagación de las ondas sufrieron cambios como la refracción, la difracción, la reflexión e interferencia. Alternamente realizamos un análisis de lo que ocurre cuando hacemos chocar ondas planas con obstáculos.

En este tema nos centraremos principalmente en las ondas que se propagan en los medios deformables o medios elásticos. Una onda es toda perturbación que se propaga a través del medio, siendo la perturbación vibraciones de una partícula, las ondas transportan energía de un lugar a otro. En definitiva, podemos decir: “Que la propagación de una perturbación en un medio constituye un movimiento ondulatorio”. Las ondas se clasificas atendiendo a distintos aspectos:

-En función del medio en el que se propagan: Ondas mecánicas, ondas electromagnéticas y ondas gravitacionales.

-En función de su dirección: Ondas unidimensionales, ondas bidimensionales o superficiales y ondas tridimensionales o esféricas.

-En función del movimiento de sus partículas: Ondas longitudinales y ondas transversales.

-En función de su Periodicidad: Ondas periódicas y ondas no periódicas.

Por otra parte, también debemos tener en cuenta los fenómenos asociados a las ondas como la refracción, la difracción, la reflexión e interferencia.

Un fenómeno muy frecuente y característico del movimiento ondulatorio es la interferencia que tiene lugar cuando se solapan ondas coherentes. En el caso que Interfieran dos frentes de ondas circulares, se puede observar zonas de máxima y mínima intensidad que coinciden con la interferencia constructiva y destructiva, respectivamente. Se entiende por Reflexión 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 se encuentra un obstáculo contra el cual choca, el movimiento cambia de dirección. El fenómeno de Refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la

superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índice de refracción distintas, la refracción se origina en el cambo de velocidad de propagación de la onda. Se denomina Difracción de una onda a la propiedad que tienen estas de rodear los obstáculos en determinadas direcciones. Cuando una onda llega a un obstáculo (abertura o punto material) de dimensiones similares a su longitud de onda, estas se convierten en un nuevo foco emisor de la onda. Cuanto más parecida es la longitud de la onda al obstáculo, mayor es el fenómeno de difracción.

Desde un punto de vista matemático se define la ecuación de la onda como un tipo de ecuación diferencial que describe la evolución de una onda armónica simple a lo largo del tiempo. Esta ecuación presenta ligeras variantes dependiendo de cómo se transmita la onda y del medio a través del cual se propaga. Si consideramos una onda unidimensional que se transmite a lo largo de una cuerda en el eje X, a una velocidad V y con una amplitud U (que generalmente depende tanto de X como t)

Ψ = f (x , t )

Debemos tener algunos conceptos en cuenta:

Amplitud de una onda: Elongación máxima o altura de la cresta de la onda.

Longitud de onda: Simbolizada por λ es la distancia entre dos crestas o valles seguidos.

Velocidad de propagación: Simbolizada por v relación existente entre la distancia que avanza una onda en un periodo y el tiempo que emplea para ello.

Periodo: Simbolizado por T es el tiempo requerido para que el movimiento de oscilación de la onda describa un ciclo completo.

Frecuencia: Simbolizado por f es el número de ciclos completos transcurridos en la unidad de tiempo por ejemplo un segundo.

Procedimiento Experimental

Materiales

1. Una cubeta de ondas con todos sus accesorios2. Una fotopuerta con cronometro 3. Hoja blanca de papel continúo 4. Una regla (0-60cm)5. Una lámpara estroboscópica 6. Un nivel (regleta de aluminio)

Desarrollo Experimental

En el laboratorio se encontraba la cubeta de trabajo montada con todas sus partes dispuestas para operar, pero a pedido del profesor el sistema no estaba calibrado, por lo cual no podríamos calcular y medir las variables físicas involucradas en el movimiento ondulatorio superficial de este procedimiento.

Como se muestra en la fotografía, este corresponde a un sistema muy parecido al montaje empleado en el laboratorio. En la bandeja de vidrio se utilizo agua como medio de propagación. A continuación con ayuda del profesor se nivelo el generador de pulso a través de los tres tornillos superiores.

Esta calibración permitirá que el generador golpee finamente la superficie del agua, ya sea con los generadores puntuales o con el generador lineal, el que debe hacerlo perfectamente horizontal a la superficie del agua. Además procurar que la cubeta se encuentre nivelada respecto de la meza de trabajo.

Mon Imagen 1. Montaje.

Mo nt Montaje visto desde arriba.

Resultados

Terminado y verificado el montaje anterior se procede a realizar una serie de fenómenos que se encuentran presentes es una onda al interactuar con diferentes materiales, fuentes, obstáculos, etc.

Revisado los pasos anteriores descritos en el procedimiento experimental se comienza a colocar una fuente puntual vibrante la cual reflejo una onda superficial con frentes circulares.

Al colocar la pieza rectangular plana en el fondo de la cubeta, se reflejaron ondas paralelas como se muestra en la imagen.

En este caso se observa una desviación en la propagación rectilínea de las ondas, cuando estas atraviesan una abertura o pasan próximas a un obstáculo.

El fenómeno que se visualiza en la imagen corresponde a la interferencia, este se obtiene colocando en el vibrador dos pequeñas esferas, en vez de la varilla de metálica, que hacen de focos para las ondas superficiales que se van a superponer.

Análisis y Conclusión

En esta primera experiencia pudimos analizar que una vibración armónica se puede producir cuando una partícula oscila alrededor de un punto de equilibrio, de forma que su velocidad es máxima al pasar por el punto de equilibrio y nula en los extremos de la oscilación. Por lo mismo, un movimiento ondulatorio consiste en la propagación de una vibración a través de un medio. Si la vibración es perpendicular a la propagación, el movimiento ondulatorio es transversal, y este es el caso de la luz. Si la vibración tiene la misma dirección que la propagación, el movimiento ondulatorio es longitudinal. Como lo es en el caso del sonido.

Cabe señalar que debemos tener mayor énfasis en los conceptos tales como; Onda (perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacio) y movimiento ondulatorio (interferencia que tiene lugar cuando se solapan ondas coherentes).

Además concluir que los movimientos ondulatorios que se propagan en más de una dimensión constituyen frentes de onda, y están formados por puntos en igual fase. La cresta de una ola puede ser un buen ejemplo de frente de onda. Un foco puntual origina frentes de onda esféricos, mientras que uno plano origina frentes de onda planos. Sin embargo, a gran distancia de los focos, los frentes de onda pueden parecer siempre planos. Es por esto que en el laboratorio se pudieron apreciar los fenómenos particulares como la difracción, reflexión, refracción e interferencia, todos estos explicados anteriormente.

Finalmente, cabe señalar que el objetivo numero tres que consistía en controlar, medir y calcular las variables físicas involucradas en el movimiento ondulatorio superficial no se pudo llevar a cabo, ya que, la cubeta de ondas no se encontraba calibrada por lo cual no fue posible obtener los valores requeridos en este objetivo.

Bibliografía

1- SERWAY, RAYMOND. Fisica II Ed. Mc. Graw Hill. 5° edición.2- RESNICK-HALLIDAY Fisica para estudiantes de Ciencias e ingeniería. Tomo II 3- E. HECHT-A. ZAJAC Óptica Ed. Addison - Wesley Iberoamericana. 1986.4- ALONSO Y FINN Volumen II, Campos y Ondas. Ed. A. Wesley.

Imágenes de la experiencia realizada

Imagen de una fuente puntual

Mont Montaje.