Segundo Pre-informe de física calor y ondas

PRE-INFORMES DE LABORATORIO FÍSICA Calor y Ondas.

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Número de la experiencia

2

Fecha

Nombre del

estudiante

2

Grupo y subgrupo al que pertenece

Nombre de la experiencia

ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA. RESONANCIA.

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¿De qué se trata la experiencia?

Trata de observar, comprender y analizar simulaciones sobre experimentos del M.A.S., para así explicar los de forma sencilla y eficaz.

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Objetivos

1. Calcular teóricamente la frecuencia de resonancia.

2. comprender las ondas estacionarias que se generan en una cuerda.

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¿Qué se pretende demostrar?

Se quiere demostrar la compresión de las oscilaciones mecánicas, el manejo de los conceptos planteados y las demostraciones experimentales. Haciendo uso de los simuladores suministrados.

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Conceptos claves

Onda senoidal

Onda estacionaria

Onda mecánica

Resonancia

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Procedimiento

La experiencia numero dos, consiste en el hallar el cálculo teórico de movimiento armónico en una cavidad resonante.

Calculo de la frecuencia de resonancia:

• Medir la masa de un trozo de cuerda y utilizar un longitud
• Armar el montaje experimental
• Calcular la densidad lineal de masa y  la tensión de la cuerda en cada uno de los dos casos.
• Calcular rapidez de propagación en la onda en la cuerda.
• Calcular la frecuencia fundamental de resonancia y los tres modos adicionales de oscilación.
• Tabular los datos obtenidos en una tabla.

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Equipo

Generador de señales

Vibrador mecánico

Soportes universales

Porta pesas

Balanza

Cinta métrica

Polea

80cm de cuerda

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Responder las preguntas de la guía

a

¿Qué es una onda?

Una onda representa el movimiento de propagación de un punto a otro, sin que exista el transporte de materia. Esta se desplaza por un ambiente y, luego de pasar por este, lo deja en su estado inicia.

[pic 1]

c

¿Qué es una onda senoidal y defina sus características: Amplitud, frecuencia, periodo, constante de fase, fase inicial, longitud de onda, numero de onda angular, frecuencia angular, rapidez de propagación?

Onda senoidal, es el valor del voltaje de la corriente alterna al transcurrir un tiempo continuamente variable, marcado por la amplitud y el tiempo. Corresponde a las ondas de radio.

 [pic 2]

Las principales características de una oscilación armónica simple son:

• La amplitud [A]: es la distancia máxima entre e punto más alejado de una oscilación y el punto de equilibrio. Recordando que el valor máximo que admite la función seno como la función coseno es el 1

[pic 3]

[pic 4]

• Periodo [T]: Es una función periódica, se repite en intervalos regulares.

[pic 5]

• Frecuencia [f]: Es el numero de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier evento periódico, es decir, la frecuencia en la inversa del periodo y se mide en revoluciones por segundos (rps) o Hz.

[pic 6]

• Frecuencia angular [ω]: Es la frecuencia del movimiento circular que se expresa en proporción al cambio de ángulo. La frecuencia angular es medida en rad/s.

[pic 7]

• Fase inicial: Es el ángulo que forma el vector rotatorio con el eje x. El Angulo que forma en el instante t=0, se denomina fase inicial.

Mediante frecuencia angular:

[pic 8]

Mediante la frecuencia:

[pic 9]

• Ciclo: es una parte de la onda en un periodo

[pic 10]

d

¿Cuál es la expresión general de una onda senoidal viajera? Identifique cada una de sus características en la expresión.

La forma mas general para expresar una onda senoidal es

[pic 11]

las características de esta expresión general son:

 -> cantidad de ciclos que ocurren en un tiempo.[pic 12]

 -> fase [pic 13]

 -> voltios [pic 14]

e

¿Qué es una onda mecánica?

Como ya se sabe, una onda es una perturbación que se propaga por el espacio. Cuando la perturbación se propaga a través de un medio material, se le conoce como onda mecánica. Un claro ejemplo, son las ondas generadas en una cuerda o sobre la superficie de un lago.

[pic 15]

f

¿De qué depende la rapidez de una onda mecánica?

L rapidez en las ondas mecánicas depende del medio de propagación. La velocidad de propagación de la perturbación dependerá de la proximidad de las partículas del medio. De este modo, la velocidad de propagación será mucho mayor en los sólidos.

g

¿Cuál es la expresión para calcular la rapidez de una onda sinusoidal en una cuerda?

Para las ondas en una cuerda, la velocidad está dada por:

[pic 16]

 -> tensión en la cuerda (N)[pic 17]

 -> masa por unidad de longitud (kg/m)[pic 18]

h

¿Cómo se calcula la rapidez de transferencia de energía (potencia) por ondas sinusoidales en una cuerda?

Ondas sinusoidales que viaje en una cuerda. Esto quiere decir, que cualquier segmento viaja verticalmente y cada uno tiene la misma energía total.

La fórmula para calcular la energía potencial en la cuerda es:

[pic 19]

i

¿En qué consiste el principio de superposición de ondas?

El principio de superposición de una onda consiste, cuando dos ondas se encuentran en un punto o una región del espacio, el resultado es que se genera una nueva onda, cuya perturbación es la suma de las perturbaciones de las dos ondas que la ocasiono.

j

¿Cuál es la resultante de la superposición de dos ondas senoidales viajeras? ¿En qué casos la interferencia es constructiva y en qué casos destructiva?

Se supone que se superponen dos ondas armónicas, P1 y P2, de igual amplitud y frecuencia, desfasadas cierta cantidad

[pic 20]

[pic 21]

La superposición de ambas ondas da como resultado una tercera onda armónica, cuya amplitud depende de la diferencia de fase entre las dos ondas que la origina.

[pic 22]

• Si las dos ondas están en fase, la interferencia es constructiva y la amplitud de la onda resulta que es el doble.
• Si las dos ondas están en oposición de fase, la interferencia es destructiva y las ondas se anulan entre si.

k

¿Qué es una onda estacionaria y cómo resulta?

Este fenómeno es un caso especial de interferencia. Ya que se produce cuando una onda llega a una superficie y la refleja totalmente.

[pic 23]

[pic 24]

Ambas ondas se superponen dando lugar a lo que se conocen como onda estacionaria.

[pic 25]

l

¿Qué son los modos normales de oscilación?

Un modo normal de oscilación es la frecuencia a la cual la estructura deformable oscilara al ser perturbada. Los modos normales son también llamados frecuencias naturales o resonantes. Para cada estructura existe un conjunto de frecuencias que no es único.

n

¿En qué consiste el fenómeno de resonancia?

La resonancia es un fenómeno que ocurre cuando un sistema es capaz de almacenar y transferir fácilmente energía entre formas de almacenamientos diferentes, como lo es la energía cinética y la energía potencial en el caso de un péndulo simple.  

[pic 26]

ñ

¿Qué son las frecuencias de resonancia?

La llamada velocidad o frecuencia angular es llamado factor de amortiguamiento. En otras palabras, también se le conoce a  como la frecuencia de resonancia. [pic 27]

[pic 28]

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Bibliografía

Referencias

(s.f.). Obtenido de Módulo 4: Oscilaciones: https://www.nebrija.es/~cmalagon/Fisica_Aplicada/transparencias/04-Ondas/14_-_oscilaciones.pdf

Serway, R. A. (2009). Física para ciencias e ingenieria con Física Moderna. En R. A. Serway, Física para ciencias e ingenieria con Física Moderna. California: McGraw-Hill.