Laboratorio Ondas

INFORME DE LABORATORIO DE FISICA

“ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA”

1Arredondo Narváez M.L1Marmolejo Quintero J.E., 1Manzano Sánchez A.

1 Estudiantes Ingeniería Industrial

Universidad Cooperativa de Colombia seccional Cali

Facultad de Ingeniería

Resumen

El día martes 9 de octubre del 2012 en las instalaciones del laboratorio de la UCC realizamos la práctica con relación a las ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA, con la finalidad de comprobar y relacionar los conceptos vistos y cursados durante las clases anteriores. De esta manera, variables como la velocidad de propagación, la densidad lineal sobre el medio, la longitud de la onda, la tensión, los nodos y antinodos fueron fundamentales para poder cumplir los objetivos propuestos en la práctica de laboratorio. En el montaje se utilizo una cuerda como medio de propagación de la onda, un sistema vibratorio generador de ondas, una polea la cual fue el soporte para el desplazamiento de la cuerda, 5 masas de diferente gramaje, un gancho para sostener las masas, una balanza y un metro de modistería. Por medio de estos elementos se logro establecer la velocidad de propagación de la onda y determinar el margen de error con respecto a los valores calculados.

Abstract.

On Tuesday, October 9, 2012 at the premises of the UCC conducted laboratory practice relating to standing waves on a string, in order to verify and relate the concepts studied and pursued for the above classes. Thus, variables such as speed of propagation, the linear density of the medium, the wavelength, the tension, the nodes and antinodes were essential to meet the objectives proposed in the lab. In assembling a rope was used as a means of propagation of the wave, a vibratory wave generator system, which was a pulley bracket for the displacement of the string, different weight masses 5, a hook for holding the masses, meter scale and dressmaking. Through these elements were able to establish the speed of wave propagation and determine the margin of error with respect to the calculated values.

1. Introducción

Una onda estacionaria se forma por la superposición o interferencia de dos ondas con la misma naturaleza y con igualdad en sus variables tales como la amplitud y longitud de onda a la que avanzan en sentido opuesto a través de un medio como la cuerda. La característica principal es que una de las ondas se trasmite hacia la izquierda y se le llama incidente, mientras que la otra onda se refleja en sentido contrario hacia la derecha y a esta se le llama reflejada.

Estas permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran a los que se les llaman nodos donde estos permanecen inmóviles y estacionarios. También hay puntos donde la amplitud de vibración es máxima y a estos de les llama antinodo, igual al doble de la de las ondas que interfieren. Se le llama onda estacionaria ya que aparentemente no hay movilidad y esto se percibe visualmente debido a la superposición de las ondas y la fijación de los nodos donde al encontrar la distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos se encontrara la longitud de onda.

Figura No 1

“ondas incidente y reflejada”

Mediante esta figura se identifica los nodos y los antinodos de las dos ondas superpuestas.

2. Metodología

La práctica de laboratorio se realiza con un montaje del sistema ondas sobre una cuerda, donde es necesario los siguientes materiales:

Un vibrador de frecuencia regulable.

Un generador de frecuencias.

Una polea.

Una cuerda.

Juego de 5 masas.

Una balanza.

Dos soportes universales.

Después de conocer cada uno de los materiales se procedió conocer el gramaje de las 5 masas, el gancho colgante y la cuerda. También se midió la longitud de la cuerda, esto con la finalidad de tener una tabla de valores sobre los cuales trabajamos los datos experimentalmente recopilados y así lograr establecer los valores solicitados como objetivos fundamentales de la práctica.

Acción seguida a conocer el valor de cada una de las masas, se procedió a tensar la cuerda colgando masa por masa de menor a mayor gramaje, así de esta manera se pone en funcionamiento el vibrador de frecuencia regulable y el generador de frecuencia con cada una de las masas a frecuencias de 30 Hz, 60 Hz y 90 Hz.

Después de estar en funcionamiento el sistema a las 3 diferentes frecuencias y pesos diferentes se procedió a recopilar los datos experimentales de la longitud de onda con los cuales se desarrolla la cuantificación de la velocidad de propagación y el estudio de la onda estacionaria en una cuerda.

Figura No 2

“Montaje de sistema de ondas estacionarias”

Este montaje permite desarrollar el estudio de las diferentes variables de la práctica de laboratorio.

3. Resultados

T=m.g

ECUACION No 1 “calculo de la tensión”

No de toma masa (gr) masa (kg) tensiones masa (N) tensión del gancho (N) longitud de onda λ (m) a 30 Hz longitud de onda λ (m) a 60 Hz longitud de onda λ (m) a 90 Hz

1 53,4 0,0534 0,52332 0,01862 0,670 0,340 0,300

2 75,7 0,0757 0,74186 0,01862 0,774 0,395 0,306

3 97,1 0,0971 0,95158 0,01862 0,901 0,450 0,310

4 115,7 0,1157 1,13386 0,01862 0,984 0,370 0,347

5 136,7 0,1367 1,33966 0,01862 1,096 0,584 0,360

Tabla No 1

“Cálculos de tensiones y longitudes de ondas a frecuencias de 30,60 y 90 Hz”

En esta tabla se especifica cada una de las 5 tomas con diferentes masas que junto con la masa del gancho generan las diferentes tensiones las cuales determinan la longitud de onda experimental con 3 tipos de frecuencia diferente.

Nodos de la onda λ (m) a 30 Hz Antinodos de la onda λ (m) a 30 Hz

X=0 (m) X=λ/2 (m) X= 2λ/2 (m) X= 3λ/2 (m) X=λ/4 (m) X=3λ/4 (m) X= 5λ/4 (m) X= 7λ/4 (m)

0 0,335 0,670 1,005 0,168 0,503 0,838 1,173

0 0,387 0,774 1,161 0,194 0,581 0,968 1,355

0 0,451 0,901 1,352 0,225 0,676 1,126 1,577

0 0,492 0,984 1,476 0,246 0,738 1,230 1,722

0 0,548 1,096 1,644 0,274 0,822 1,370 1,918

Nodos de la onda λ (m) a 60 Hz Antinodos de la onda λ (m) a 60 Hz

X=0 (m) X=λ/2 (m) X= 2λ/2 (m) X= 3λ/2 (m) X=λ/4 (m) X=3λ/4 (m) X= 5λ/4 (m) X= 7λ/4 (m)

0 0,170 0,340 0,510 0,085 0,255 0,425 0,595

0 0,198 0,395 0,593 0,099 0,296 0,494 0,691

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