PRACTICA 1 (PARTE 1) ACUSTICA Y OPTICA.pdf

Laboratorio de Acústica y Óptica Practica 1: Movimiento Ondulatorio

Departamento de Física Experimental Página 1

Universidad Nacional

Autónoma de México

Facultad de Ingeniería.

Laboratorio de Acústica y Óptica

Práctica 1:

Movimiento ondulatorio (Parte1)

García Ramírez Ana Karen

Martínez Arellano Oscar Ángel

González Sosa Emmanuel

Grupo: 6

Fecha: 17 de Febrero de 2016.



Introducción

El movimiento ondulatorio es la propagación de una onda por un medio material o en el vacío. Sin

que exista la transferencia de materia, ya sea por ondas mecánicas o electromagnéticas.

Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio (densidad, presión, campo

electromagnético, etc.).

La onda transporta energía.

Tipos de onda

Existen varios criterios para clasificar las ondas. Basándonos en las direcciones en las que se propagan se pueden distinguir ondas unidimensionales, bidimensionales o tridimensionales. Ejemplos respectivos de ellas son: una onda en una cuerda, en la superficie de un lago y ondas electromagnéticas en el espacio.

Según la dirección en la que se propaga la energía se clasifican en:

Ondas transversales: se caracterizan porque la dirección de propagación de la energía es perpendicular a la dirección en la que oscilan las partículas del medio material por el que se propagan. Las ondas electromagnéticas son consideradas transversales, aunque no se propaguen a través de un medio material, porque los campos eléctrico y magnético que las constituyen son perpendiculares entre sí y perpendiculares a su vez a la dirección de propagación.

Ondas longitudinales: en ellas la dirección de propagación coincide con la dirección en la que oscilan las partículas del medio por el que se propaga. El sonido es una onda longitudinal.

Del mismo modo, ya que es más difícil acelerar un elemento pesado de la cuerda que un elemento ligero, la rapidez de la onda debe disminuir a medida que aumente la masa por unidad de longitud de la cuerda.

En general, las longitudes de onda de los diferentes modos normales para una cuerda de longitud L fija en ambos extremos son



Dónde: el índice n se refiere al n–ésimo modo normal de oscilación. Estos nodos son los modos posibles de oscilación de la cuerda. Se discuten brevemente los modos reales que se excitan en una cuerda

Objetivos:

a) Observa el fenómeno de propagación de ondas longitudinales y encontrar la relación la relación

entre la frecuencia y tono para las ondas observadas.

b) Determinar la longitud de onda, la frecuencia y la rapidez de propagación de una onda

transversal.

Material y Equipo

1.- Generador de señales 8.-Tornillos de sujeción

2.- Cables de conexión largos de 1 (m) 9.- Cuerda de Longitud

3.- Bases universales 10.- Masa de 100 (g)

4.-Varillas de 1 (m) 11.- Masa de 50 (g)

5.-Varillas de 1.5 (m) 12.-Flexometro

6.-varilla de 20 (cm) 13.- Bocina

7.-Impulsor de ondas 14.- Luz estroboscópica (profesor)

15.- Osciloscopio (profesor)



Desarrollo:

Experimento 2 Ondas Transversales Estacionarias

Una vez instalado el sistema (Figura 1) de análisis se conectó el generador de ondas con el impulsor de ondas mediante los cables banana-banana realizando lo siguiente:

Se colocó una frecuencia y amplitud en el generador de ondas.

Se repitió el paso anterior para encontrar los modos de vibración para cada masa (50g, 100g, 150g).

Se midió la longitud entre nodo y nodo, así como la amplitud de la onda con el flexómetro.

Se contaron el número de nodos generados.

Figura 1, Sistema para la generación de ondas



Datos obtenidos.

Masa: 50 g

# FRECUENCIA

[Hz]

LONGITUD λ [cm]

AMPLITUD [cm]

#NODOS

1 10 56.5 5.5 3

2 13.5 40 4.3 4

3 18.5 70.5 5.2 5

4 27 47.5 3.4 7

Masa: 100 g

# FRECUENCIA

[Hz]

LONGITUD λ [cm]

AMPLITUD [cm]

#NODOS

1 6 67.5 9.8 2

2 12 135 9.7 3

3 22.8 68.5 4.7 5

Masa: 150 g

# FRECUENCIA

[Hz]

LONGITUD

λ [cm] AMPLITUD

[cm] #NODOS

1 10.2 53.5 13 2

2 20.5 107 6.5 3

3 30.5 76 5.5 4



Actividad 4.

Onda estacionaria (OTE) oscilando en frecuencia

fundamental, (Figura 2).

Actividad 5.

Proponga un método para obtener la densidad lineal de la cuerda y obténgala.

𝑚 = 10 [𝑔] ; ℓ = 2 [𝑚]

𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜:10 [𝑔]

2[𝑚]= 5[𝑔/𝑚]

Actividad 6. Elabore una tabla donde se concentren los datos siguientes:

a) Modo de vibración b) Tensión de la cuerda c) Rapidez de propagación d) Distancia entre nodos consecutivos e) Frecuencia de vibración.

Valor de la gravedad en D.F 𝑔 = 9.78 [𝑚/𝑠2]

Tensión de una cuerda 𝑇 = 𝑚𝑔 [𝑁]

Rapidez de propagación 𝑣 = √𝑇𝜇

[𝑚/𝑠]

Densidad de la cuerda 𝜇 =𝑚

ℓ [𝑔/𝑚]

Figura 2, Onda Estacionaria



Masa: 50 g

# FRECUENCIA

[Hz] LONGITUD λ

[cm]

AMPLITUD [cm]

#NODOS RAPIDEZ DE

PROPAGACION [m/s] DENSIDAD DE LA CUERDA [kg/m]

TENSION [N]

MASA [kg]

1 10 56.5 5.5 3

9.889 5.00E-03 0.489 0.05 2 13.5 40 4.3 4

3 18.5 70.5 5.2 5

4 27 47.5 3.4 7

Masa: 100 g

# FRECUENCIA

[Hz] LONGITUD λ

[cm]

AMPLITUD [cm]

#NODOS RAPIDEZ DE


TENSION [N]

MASA [kg]

1 6 67.5 9.8 2

13.986 5.00E-03 0.978 0.1 2 12 135 9.7 3

3 22.8 68.5 4.7 5

Masa: 150 g

# FRECUENCIA

[Hz] LONGITUD λ

[cm]

AMPLITUD [cm]

#NODOS RAPIDEZ DE


TENSION [N]

MASA [kg]

1 10.2 53.5 13 2

17.129 5.00E-03 1.467 0.15 2 20.5 107 6.5 3

3 30.5 76 5.5 4



Actividad 7. ¿Cómo son las frecuencias de los modos observados con respecto a la frecuencia fundamental? Las frecuencias de los modos observados es la frecuencia fundamental multiplicada por una constante k, es decir:

Actividad 8.

¿Qué relación guarda la separación entre nodos consecutivos con respecto a la longitud de la

cuerda?

Actividad 9.

¿Cómo son las longitudes de onda de los modos armónicos con respecto a la longitud de onda de la frecuencia fundamental? Las longitudes de onda de los modos armónicos son la longitud de onda fundamental dividida por el

modo de vibración:



Actividad 10. ¿Cómo es la rapidez de propagación de cada uno de los modos de vibración con respecto a las de los demás? La rapidez de propagación de la onda siempre será constante para cualquiera de los modos de

vibración y esta depende de la tensión a la que se somete la cuerda y a densidad lineal de la cuerda.

Conclusión:

Esta práctica se pudo observar cómo se producen las ondas estacionarias y también pudimos comprobar sus parámetros asociados como longitud de onda, modos de vibración y frecuencia, numero de nodos, amplitud de onda, frecuencia, entre otras, cumpliendo plenamente con los objetivos establecidos en el experimento 2 de la práctica. Con los resultados obtenidos en las tablas, podemos concluir que mientras más peso se coloque en la cuerda, mayor será su tensión así como la rapidez de propagación, mientras que a mayor frecuencia la amplitud de la onda disminuye. Finalmente con la luz estroboscópica pudimos observar con diferentes frecuencias el comportamiento de las ondas generadas.

González Sosa Emmanuel.

El movimiento ondulatorio se mide por la frecuencia, es decir, por el número de ciclos u oscilaciones que tiene por segundo. Podemos observar en esta práctica que como es el comportamiento de una onda y conforme se cambia la frecuencia, también cambia amplitud de la onda que observamos, se puede apreciar la onda estacionaria cuando el generador de ondas hace que el impulsor actué y de esa forma se puede observar este fenómeno que cambia al variar la tensión de 50g a 100g y a 150g. Gracias a la ayuda del estrobo se puede ver más a detalle el comportamiento de la onda ya sea con una alta frecuencia o con una de baja frecuencia.

Martínez Arellano Oscar Ángel

García Ramírez Ana Karen



Bibliografía

1. Hecht,Eugene. Optica, España, Addiss Wesley Iberoamericana, 2000, 3a edición

2. Serway, A. Raymond y John W. Jewett, Jr. Física para ciencias en ingeniería, Cengage

Learning, 2008,Volumen 1, 7a edición

3. Introducción a la óptica. Pedro A. Bernaola Galván y Pedro J. Carpena Sánchez. Málaga, Universidad de Málaga, 2004

PRACTICA 1 (PARTE 1) ACUSTICA Y OPTICA.pdf

Documents

Transcript of PRACTICA 1 (PARTE 1) ACUSTICA Y OPTICA.pdf