Informe de laboratorio: ondas estacionarias

INFORME DE LABORATORIO: ONDAS ESTACIONARIAS

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FISICA DE ONDAS Y FÍSICA MODERNA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA

BOGOTÁ D.C.

INFORME DE LABORATORIO: ONDAS ESTACIONARIAS

Zuly Lorena Valbuena Agudelo

código: 20221377035

Cristian Alejandro Quintero

código: 20221377004

FISICA DE ONDAS Y FÍSICA MODERNA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA

BOGOTÁ D.C.

INTRUDUCCION

Las ondas son perturbaciones en el tiempo y en el espacio, que representan diferentes fenómenos que son aplicables a diferentes campos, se clasifican en mecánicas y electromagnéticas. Las ondas estacionarias no viajan en el espacio, las ondas estacionarias en una cuerda son un resultado de las ondas armónicas propagándose por una cuerda en donde los dos extremos están fijos, y son de la misma dirección, amplitud y frecuencia, pero sentido contrario, y el patrón de la onda no se mueve.

Una oscilación es algo que se encuentra en movimiento, el cambio de posición de un cuerpo se mueve de manera periódica y repetitiva a lo largo del tiempo. Cuando tenemos una cuerda de longitud L que está sujeta rígidamente en dos extremos y se le perturba se produce una onda que se refleja muchas veces y se forma la onda estacionaria.

RESUMEN

En esta practica se pretende estudiar las ondas estacionarias que se transmiten en medios como una cuerda tensa, para ello se uso un equipo que permite estudiar la interferencia entre las ondas, incidente y reflejada, bajo ciertas condiciones esta interferencia da lugar a un estado de vibración de la cuerda a la cual se le llama onda estacionaria, se reflejará los distintos modos de vibración de una cuerda, para realizar la experiencia se dispuso de una cuerda con longitud L entre dos puntos, unidos a un motor con una perturbación periódica con frecuencia f para que se pueda producir la onda.

Este informe mostrara que la tensión, la velocidad y la frecuencia se encuentran relacionadas para estudiar el fenómeno de ondas estacionarias, su velocidad de propagación, se vera como modificando la tensión de la cuerda se obtienen distintas ondas estacionarias.

OBJETIVOS

Objetivo general

Estudiar la velocidad de fase de una cuerda tensada y las ondas que se generan al ir modificando la tensión de la cuerda y la medición de la longitud de onda, frecuencia, periodo, modos de vibración.

Objetivos específicos

• Estudiar las ondas estacionarias en una cuerda tensa
• Estudiar la relación entre la longitud de la onda y la longitud de la cuerda
• Demostrar que la longitud de la onda de una cuerda tensada con una fuerza (f) es la mitad de la longitud de onda de una cuerda tensada a una fuerza x4 (4f)

MARCO TEORICO

Las ondas estacionarias son pequeñas perturbaciones oscilatorias en el cual ciertos puntos que podemos denominar como A y B permanecen inmóviles. La onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas que tienen la misma amplitud, longitud de onda y frecuencia, pero avanzan en sentido opuesto a través de un medio. (Figueroa, D. (2005). Serie: Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 7. Ondas y Física Cuántica. Editado por Douglas Figueroa (USB))

Para conseguir una onda estacionaria en una cuerda no hay necesidad de que estén sujetas a dos extremos agitados, el tren de ondas del extremo libre hará que se vea reflejada en el otro extremo fijo por la sacudida, estas ondas se interfieren con las ondas nuevas que se desplazan en un sentido contrario, esta interferencia puede producir un patrón de oscilaciones.

Fuente: Wikimedia commons [pic 2]

La energía dada a las cuerdas crea ondas estacionarias, la frecuencia de vibración a la que puede existir las ondas estacionarias dependen de dos factores: la velocidad y la longitud de la cuerda. (César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance)

Velocidad de propagación de la onda a lo largo de una cuerda

La velocidad de la onda es una constante determinada por las propiedades del medio en el que la onda esta en movimiento, la velocidad es un vector el cual nos brinda la magnitud de la velocidad de avance de la onda y la dirección hacia donde se dirige ( 2018, Wolfgang Christian; Kyle Forinash.) 

La siguiente es la formula de la velocidad de propagación de ondas transversales en una cuerda:

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(Fuente: Alonso M., Finn E. J. Física. Addison-Wesley Iberoamericana (1995), págs. 639-642)

Longitud de la cuerda

La longitud de la cuerda es lo que esta mide en ya sea que este dada en centímetros o en metros.

METODOLOGIA

Se usaron los materiales descritos a continuación para la practica de laboratorio de ondas estacionarias:

• Dinamómetro: instrumento para medir fuerzas o para calcular el peso de los objetos (ley de elasticidad de Hooke).

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• Cinta métrica: es un instrumento de medida para el calculo de las longitudes de las ondas que se generan en la cuerda al encender el motor.

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• Estreboscopio: Elemento que permite visualizar un objeto que esta girando como si lo hiciera muy lentamente, estudia objetos en vibración o rotación.

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• Cuerda
  Aparato con motor para perturbación periódica
  

Se fija uno de los extremos de la cuerda a un motor que produce una perturbación periódica para que se produzca una onda, se ancla esta cuerda a una polea y el extremo final de la cuerda se ancla a un dinamómetro en donde se va a ir cambiando de tensión de la cuerda, cuando se prenda el motor, este genera una onda a lo largo de la cuerda hacia la derecha, cuando llega al punto de la polea se va a ver reflejada la otra onda en diferente dirección dando lugar a la onda estacionaria.

Al principio esta onda no se puede observar fácilmente por lo cual se usa el estreboscopio el cual nos permite observar las ondas como si estas fueran en una velocidad mas lenta, modificamos la tensión y así la velocidad de propagación cambia.

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