CUBETA DE ONDAS I (Generalidades y Reflexión)

Juan Sebastián González 1, Lina María Molano Garay 1

Facultad de ingeniería ambiental y sanitaria1, Universidad de la Salle

Resumen

El presente informe analiza el comportamiento experimental de una onda, dentro del montaje (cubeta de ondas).La práctica se enfoca en la observación, generación y propagación de pulsos y ondas de tipo periódicas sobre la superficie del agua, donde al ser empleados tanto la cubeta de ondas como el espectrómetro, se analiza este fenómeno con gran facilidad con el objetivo de verificar tanto el frente de onda , como la ley de reflexión, principio de Hueyengs (principio de superposición) además de los fenómenos de difracción e interferencia..

Palabras claves: onda periódica, frente de onda, reflexión, difracción, superposición de ondas, interferencia.

Abstract

This report analyzes the experimental behavior of a wave within the assembly (wave trough). Practice focuses on observation, generation and propagation of pulses and periodic waves of such surface water to be used where both wave trough as the spectrometer is analyzed this phenomenon with ease in order to verify both the wave front, as the law of reflection, Hueyengs principle (superposition principle) as well as diffraction and interference.

Keywords: periodic waveform, wavefront, reflection, diffraction, superposition of waves, interference.

INTRODUCCIÓN

Durante el desarrollo de la practica se estudiara el movimiento ondulatorio observando fenómenos relacionados con ondas mecánicas, en donde la perturbación sobre agua genera la propagación de la onda a través del medio material elástico (agua mas detergente). Él movimiento ondulatorio se puede considerar como una propagación de energía y cantidad de movimiento desde un punto del espacio a otro sin transporte de materia. Dicha propagación puede tener lugar mediante ondas electromagnéticas (luz visible, microondas, ect) u ondas mecánicas (ondas en el agua, en una cuerda, ondas

sonoras ect). Que permiten analizar los fenómenos básicos de la propagación de ondas como la Reflexión, Refracción, Interferencia, Difracción, además el principio de Huygens- Fresnel. Utilizando la propagación de un movimiento ondulatorio en la superficie del agua para estudiar diferentes fenómenos ondulatorios. Las ondas superficiales en un líquido se originan cuando una porción del líquido en la superficie libre se desplaza de su posición de equilibrio. La velocidad (V) de propagación de las ondas dependerá de su longitud de onda (λ), las fuerzas recuperadoras que actúan sobre el liquido, que pueden ser externas como la gravitatoria (g) o internas, como la tensión superficial (σ) y la densidad (ρ) del medio. La relación entre estas magnitudes es muy compleja y depende tanto del tipo de ondas como de la profundidad del líquido en el cual se propagan.

MARCO TEORICO

Una onda es aquella perturbación en los medios elásticos o deformables. Es transportadora de energía; pero es incapaz de desplazar una masa en forma continua. Toda onda al propagarse da lugar a vibraciones. Es importante notar que el medio mismo no se mueve en conjunto en la dirección en que avanza el movimiento ondulatorio. Las diversas partes del medio oscilan únicamente en trayectorias limitadas.La propiedad esencial del movimiento ondulatorio es que no implica un transporte de materia de un punto a otro. El movimiento ondulatorio supone únicamente un transporte de energía y de cantidad de movimiento.

Los elementos de las ondas son los siguientes.

La longitud de onda ( ) describe la distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos o también se puede

decir que es la distancia, medida en la dirección de la propagación de la onda que existe entre dos puntos consecutivos de posición semejante.

Frecuencia (f).- Es el número de ciclos realizados en cada unidad de tiempo es decir es el número de oscilaciones (vibraciones completas) que efectúa cualquier partícula, del medio perturbado por donde se propaga la onda, en un segundo.

Velocidad de una onda (v).- Es la rapidez con la cual una onda se propaga en un medio homogéneo. Una onda se propaga en línea recta y con velocidad constante.

Reflexión: Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión" :1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, que se llama ángulo reflejado.

2.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano. (Si el rayo incidente se acerca al 2º medio en el plano del papel, el reflejado estará en ese plano y no se irá ni hacia adelante ni hacia atrás).

Refracción:Se dice que un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes:

El rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano.

Se cumple la ley de Snell: sen i / senr=v1 / v 2y teniendo en cuenta los índices de refracción n1 sen i=n2 sen r.

La luz se refracta porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de vibración no varía al pasar de un medio a otro, cambia la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad

Principio de Huygens

Es un método de análisis aplicado a los problemas de propagación de ondas. Afirma que todo punto de un frente de onda inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas secundarias que se extienden en todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y longitud de onda que el frente de onda del que proceden.

Esta visión de la propagación de las ondas ayuda a entender mejor una variedad de fenómenos de onda, tales como la difracción. La Ley de Snell también puede ser explicada según este principio.

Por ejemplo, si dos sitios están conectados por una puerta abierta y se produce un sonido en una esquina lejana de uno de ellos, una persona en el otro cuarto oirá el sonido como si se originara en el umbral. Por lo que se refiere el segundo cuarto, el aire que vibra en el umbral es la fuente del sonido. Lo mismo ocurre para la luz al pasar el borde de un obstáculo, pero esto no es fácilmente observable debido a la corta longitud de onda de la luz visible. La interferencia de la luz de áreas con distancias variables del frente de onda móvil explica los máximos y los mínimos observables como franjas de difracción. Ver, por ejemplo, el experimento de la doble rendija.

4. colocar una barra recta en la cubeta y producir un pulso circular. ¿Qué sucede con el pulso al llegar a la

barrera?

2. tomar un punto de la superficie del agua con el dedo o la punta de un lápiz. En la pantalla se observa un pulso que se propaga ¿Cuál es la forma del pulso? ¿Igual la

velocidad del pulso en todas las direcciones?

1. llene la cubeta con agua hasta que su profundidad sea de aprox ½ a ¾ cm. Asegurarse de que el tanque este bn

nivelado. Disponga la luz de la lámpara, de tal forma que obtenga el mayor campo visual de la superficie del agua sobre

la superficie de la mesa. (Pantalla)

3. mover nuevamente, con la mano, el madero recto que se encuentra suspendido de los soportes laterales de la

cubeta, o hacer girar hacia adelante o hacia atrás la barra de madera que se da para la práctica. ¿Cuál es la forma

de los pulsos generados?

5. Generar pulsos, generar ondas difractadas indicando S y S’ anote sus resultados grafique.

METODOLOGÍA

RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS

Pulsos rectos contra una barrera recta (reflexión)

En la reflexión se tiene que cumplir que: θi = θr

Pulsos rectos con una barrera parabólica

Generador linealBarrera para difracción

P

Pulsos circulares (interferencia)

Pulsos rectos (difracción)

Ondas constructivas Ondas destructivas

28 30 32 34 36 38 40 42 440

5

10

15

20

25

30

35

40

45

f(x) = − 0.967213114754098 x + 71.8032786885246R² = 0.935501209352325

S

S'

S (cm) S’(cm)

5 cm 30 cm

11,5 cm 33,5 cm

15 cm 37,5 cm

21 cm 39,5 cm

26 cm 42 cm

1/S (cm) 1/S' (cm)

0,2 0,03333333

0,086956522 0,02985075

0,066666667 0,02666667

0,047619048 0,02531646

0,038461538 0,02380952

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.220

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035f(x) = 0.0550042317816372 x + 0.0229582314894546R² = 0.888145160660193

1/S

1/S'

La incertidumbre (Error porcentual):

Foco teórico: 26cm

Foco experimental: 24 cm

u%=26−24/ 26 ¿100

u%=7,69 %

Foto # 1 : reproduccion de ondas por toque con dedo en un punto de la superficie

Foto # 2 : produccion de ondas por tacto en un punto de la superfieie.

Foto # 3 : Reproduccion de ondas con madero recto.

Foto # 4 . Ondas producidas por lamina o barrera recta con produccion de pulso circular.

Foto # 5 : reproduccion de ondas por lamina recta

Foto # 6 ; produccion de ondas bloqueadas por barra de madera.

Foto # 7 : reporduccion de ondas con barrera de madera

Foto # 8 : ondas producidas por pulsos rectos.

Foto # 9 : reproduccion de ondas por barrera tipo parabolica

Foto # 10 : ondas producidas por barrera y plusos de forma circular.

Foto # 11 : ondas producidas por barra de madera.

1. JUSTIFICAR ¿PORQUE LOS PULSOS SON DE FORMA CIRCULAR?

La variación infinita de pulsos sobre un punto especifico además del frente de onda inicial determinan la forma de pulso circular de propagación de la onda mecánica sobre el flujo elástico.

2. ¿CON QUE PROPIEDAD DEL MEDIO LO ASOCIA?

La onda mecánica al ser propagada por el medio genera una velocidad de onda especifica que depende del modulo de elasticidad del fluido en el que se propaga y la densidad del medio.

3. ¿PORQUE AL INICIAR ES MAS BRILLANTE Y DISMINUYE?

La onda inicial siempre tendrá una mayor amplitud por lo tanto generara ondas de radios mayores y al propagarse las ondas tendrán mayores radios y amplitudes lo que generara su posterior desaparición.

4. ¿POR QUE CON EL TIEMPO TIENDE A DESAPARECER?

A medida que la amplitud de la onda empieza a crecer o esta se acerca a 0, la onda se alejara y tendera siempre distancias mayores ocasionando la no visibilidad de la onda en el espacio.

5. AL PERDURAR EL PUNTO EN QUE PUNTO LA ONDA SERA TOTALMENTE PLANA

Al perpetuar el punto inicial de propagación de onda las infinitas perturbaciones o puntos generaran las ondas creando la superposición de la onda y su disipación además que la amplitud que tiende a infinito o 0 lo que generara la onda mecánica plana.

6. DEFINA FRENTE DE ONDA PLANA

DEFINICION1: punto inicial o el medio como la onda se propaga al perturbar infinitos puntos lo que genera la disipación total de la onda (infinitamente).

DEFINICION2: generada en una fuente puntual situada en el infinito generando que el radio de la onda tienda a infinito por lo que genera una onda plana en el infinito.

7. DEFINA RELEXION DE ONDA: Cambio de dirección que experimenta la onda dentro del mismo medio (objeto – imagen)

CONCLUSIONES

Al ser perturbados varios puntos dentro del medio, la variedad de ondas que se

disipan se superponen una sobre otra, generando una sola onda prolongada al

infinito.

La energía de la onda se disipa en el espacio al ser este medio elástico.

BIBLIOGRAFIA

Física universitaria, décimo primera edición, volumen 1; Sears, zemansky, Young, freedman.

Guía de laboratorio de física 3 practica 1

Movimiento armonico simple tomado de :http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/mas/mas.htm

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/MAS/22_mas.html?1&1