Taller Cubeta

14
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 1 Jornada Enero 1999 TEMA: ONDAS LA CUBETA DE ONDAS La cubeta de ondas es un dispositivo experimental que nos permite mostrar, observar, estudiar el comportamiento de las ondas. Con ella se obtienen bastante buenos resultados, aprovechando el fenómeno de la propagación de las ondas superficiales en un líquido. Si en su establecimiento educacional no se encuentra este elemento didáctico, con una planificación adecuada (y algunos recursos financieros), usted puede contar con este elemento de apoyo realizando una autoconstrucción. (Ver desarrollo de autoconstrucción en “Experimentos” “Construcción de cubeta”.) Consiste en un recipiente de poca profundidad cuyo fondo plano y rectangular es de vidrio transparente. Se usa para estudiar el comportamiento de las ondas observando la proyección de éstas sobre una pantalla colocada debajo de la cubeta, ó bien adaptándola para una retroproyectora. Desde la página 4 se citan un serie de experimentos que se pueden realizar con este material. CONSIDERACIONES GENERALES ACERCA DE LAS ONDAS El hecho que fenómenos tan importantes como la luz y el sonido se propaguen por medio de ondas, hace que el estudio del movimiento ondulatorio sea de una gran importancia. Las ondas implican transporte de energía, mediante deformación o cambio de las propiedades del medio. El transporte de energía se realiza sin que haya desplazamiento de materia de un lugar a otro, en forma permanente. Hay algunas ondas que se propagan en medios materiales deformables - como en el caso del agua - y otras que se propagan en un medio con propiedades físicas, como por ejemplo propiedades electromagnéticas (la luz). De acuerdo a la dirección de propagación de la onda y la dirección de la perturbación o deformación del medio, suele clasificarse las ondas en dos tipos: a) Ondas longitudinales: son aquellas en que la deformación se produce en la dirección de propagación de la onda. Este caso, es el de las ondas sonoras y las ondas de choque producidas en las explosiones. b) Ondas transversales: la deformación se produce en dirección perpendicular a la de propagación de la onda, como por ejemplo las que se propagan en una cuerda tensa cuando se hace oscilar un extremo o bien las que se propagan en la superficie del agua

Transcript of Taller Cubeta

Page 1: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 1

Jornada Enero 1999

TEMA: ONDAS

LA CUBETA DE ONDAS La cubeta de ondas es un dispositivo experimental que nos permite mostrar, observar, estudiar el comportamiento de las ondas. Con ella se obtienen bastante buenos resultados, aprovechando el fenómeno de la propagación de las ondas superficiales en un líquido. Si en su establecimiento educacional no se encuentra este elemento didáctico, con una planificación adecuada (y algunos recursos financieros), usted puede contar con este elemento de apoyo realizando una autoconstrucción. (Ver desarrollo de autoconstrucción en “Experimentos” “Construcción de cubeta”.) Consiste en un recipiente de poca profundidad cuyo fondo plano y rectangular es de vidrio transparente. Se usa para estudiar el comportamiento de las ondas observando la proyección de éstas sobre una pantalla colocada debajo de la cubeta, ó bien adaptándola para una retroproyectora. Desde la página 4 se citan un serie de experimentos que se pueden realizar con este material. CONSIDERACIONES GENERALES ACERCA DE LAS ONDAS El hecho que fenómenos tan importantes como la luz y el sonido se propaguen por medio de ondas, hace que el estudio del movimiento ondulatorio sea de una gran importancia. Las ondas implican transporte de energía, mediante deformación o cambio de las propiedades del medio. El transporte de energía se realiza sin que haya desplazamiento de materia de un lugar a otro, en forma permanente. Hay algunas ondas que se propagan en medios materiales deformables - como en el caso del agua - y otras que se propagan en un medio con propiedades físicas, como por ejemplo propiedades electromagnéticas (la luz). De acuerdo a la dirección de propagación de la onda y la dirección de la perturbación o deformación del medio, suele clasificarse las ondas en dos tipos: a) Ondas longitudinales: son aquellas en que la deformación se produce en la dirección de

propagación de la onda. Este caso, es el de las ondas sonoras y las ondas de choque producidas en las explosiones.

b) Ondas transversales: la deformación se produce en dirección perpendicular a la de

propagación de la onda, como por ejemplo las que se propagan en una cuerda tensa cuando se hace oscilar un extremo o bien las que se propagan en la superficie del agua

Page 2: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 2

El tratamiento matemático es el mismo para ambos tipos de onda y se diferencian o reconocen sólo por el efecto de polarización. De acuerdo a la forma del frente de onda, estas pueden ser: a) Planas: los puntos de igual fase o deformación constituyen un plano. Caso particular de ésta

forma de onda es la rectilínea, para un espacio bidimensional (superficie líquida de la cuba de ondas). Los frentes de onda constituyen líneas paralelas que avanzan alejándose del generador de ancho ó fuente emisora.

b) Esféricas: los puntos con igual fase constituyen esferas concéntricas. Las ondas circulares son un caso particular para un plano, los frentes de ondas son circulares concéntricos que avanzan radialmente alejándose del generador.

Si se define el rayo como la trayectoria de la energía, entonces geométricamente los rayos serán líneas rectas que parten desde la fuente. Un haz de rayos paralelos tendrá - de acuerdo con ésta definición - el mismo significado que un frente de onda plano y un haz de rayos convergentes o divergentes, significará que el frente de onda es esférico. EL PRINCIPIO DE HUYGENS: Para explicar la propagación de las ondas y la compatibilidad entre las hipótesis ondulatoria y corpuscular de la luz, Huygens ideó una construcción geométrica para conocer en cualquier instante del tiempo la forma de un frente de onda. Este principio afirma que cada punto del medio que es alcanzado por una onda se pone en vibración, construyéndose en un centro de nuevas ondas esféricas. MONTAJE DE LA CUBETA Se lava bien la cubeta, especialmente el fondo y se coloca sobre sus cuatro soportes de manera que quede a perfectamente horizontal. Se echa agua hasta una profundidad de 0,5 centímetros o poco más y se colocan playas de malla fina de alambre en las orillas a fin de evitar en lo posible las reflexiones en ellas, lo que perturbaría la observación de los fenómenos a estudiar. En el suelo debajo de la cubeta, se colocan un pedazo blanco que sirve de pantalla, sobre la que se proyecta lo que ocurre en la superficie del líquido. A cierta altura sobre la cubeta y en la parte central de ella se coloca una lámpara cubierta de manera tal que solo ilumine hacia la cuba. Esta misma lámpara puede usarse para proyectar en cielo raso.

Page 3: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 3

ACCESORIOS DE LA CUBETA

a) Generador de pulsos planos: Es una barra de madera ( o aluminio ), cuya longitud es un poco

menor que el ancho de la cubeta. b) Generador de ondas periódicas: Es una barra de madera( o de aluminio) de sección rectangular

que pende de un travesaño horizontal mediante dos elásticos y cuya altura puede variarse a voluntad. En el centro de la barra va montado un motorcito eléctrico, al cual se le puede modificar la frecuencia mediante un reóstato. En el eje del motor hay una masa excéntrica (perno con tuerca móvil), cuya reacción - al girar el motor - produce una vibración de la barra, la que se transmite al agua generando en ella ondas planas y periódicas.

La barra está provista de agujeros, todos ellos a igual distancia unos de otros y simétricos respecto del centro; en ellos se insertan, uno, dos o más ganchos. Para generar ondas periódicas circulares basta colocar uno de los ganchos y levantar la barra de modo que la esferita roce el agua. Cuando se va a producir ondas planas, se giran los ganchos de las esferas y se baja la barra hasta que ésta toque el agua. c) Barreras : bloques de cantos biselados, tubo de goma hueco (por ejemplo trozo de manguera),

todos ellos se usan como reflectoras o barreras. d) Lámina de vidrio plano triple para refracción de ondas e) Modelos de lentes, de vidrio grueso o plástico transparente.

o o o o o o o

Page 4: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 4

EXPERIENCIAS CON LA CUBETA. CONSIDERACIONES Y PRECAUCIONES Para obtener una buena observación de los experimentos que se realicen con la cubeta es conveniente tener presente algunas consideraciones y precauciones: a) El vidrio de la cubeta debe estar bien limpio. b) Para observar pulsos planos, el filamento de la ampolleta debe estar paralelo a la dirección de

propagación. Si se desea observar pulsos circulares conviene colocar el filamento en posición vertical, con lo cual actúa como fuente puntual. Si no se dispone de la ampolleta adecuada debe colocarse delante un difusor o usar una esmerilada.

c) El generador de pulsos (si es de madera) debe mojarse antes de usarse con el objeto de evitar pulsos secundarios que se producen al caer gotas del generador.

d) Para estudiar el amortiguamiento puede usarse una barrera reflectora y tener cuidado en la amplitud del pulso.

e) Si el tubo de goma no tiene la forma deseada puede pasársele por su interior un pedazo de alambre con lo cual se le puede dar la forma que se desee comparando con algún modelo.

f) La amplitud e intensidad de los pulsos circulares puede regularse dejando caer gotas de agua, con un mismo gotario, desde diferentes alturas.

En la cubeta pueden producirse tipos de pulsos, planos y circulares. EXPERIENCIA SOBRE PULSOS EN LA CUBETA : A.- Pulsos planos: Coloque en un extremo de la cubeta el generador de pulsos EXP.1.-Haga funcionar el generador de pulsos, apoyándolo en el fondo de la cubeta. Observe la

propagación del pulso y el amortiguamiento que experimenta a medida que este se aleja del generador.

EXP.2.-Coloque en el fondo de la cubeta el tubo de goma en forma de parábola con la cara cóncava hacia el generador de pulsos y su eje perpendicular a él. Genere pulsos planos y observe lo que ocurre con los pulsos reflejados en la manguera. Anote lo observado. Ubique la posición más adecuada de la manguera para que el fenómeno sea más apreciable.

Un pulso P que viaja hacia la manguera B en forma de parábola.

B

P

Page 5: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 5

Pulsos circulares EXP.1.-Con la punta de un lápiz o con el dedo genere

un pulso circular lo más puro posible. Observe su propagación, especialmente en lo que se refiere al amortiguamiento.

EXP.2.-Coloque una barrera plana y emita un pulso circular a una distancia d delante de ella: observe la forma del pulso reflejado.

EXP.3.-Trate de dibujar en el papel blanco que sirve de pantalla al pulso reflejado para distintos valores de la distancia d.

EXP.4.-Repita el experimento con la manguera, (experimento 2, pulsos planos) y genere en el punto en

que convergen los pulsos reflejados, un pulso circular. Ubique el punto de convergencia en la forma mas precisa posible. Observe la forma de los pulsos circulares reflejados en la manguera.

EXPERIENCIA SOBRE EL PRINCIPIO DE HUYGENS EXP.1.-Coloque dos obstáculos perpendiculares a la

dirección de propagación de un pulso plano, separados por una distancia pequeña ( 0,5 ó 1 cm.)

Observe la forma que toma el pulso al otro lado de la rendija. Repita lo mismo para un pulso circular.

EXP.2.-Coloque tres obstáculos en línea recta dejando dos rendijas entre ellas. Haga incidir sobre

ellas un pulso plano en dirección perpendicular a los obstáculos. Observe la forma del pulso al otro lado de las rendijas. Repita, emitiendo un pulso circular.

EXP.3.-Repita los dos experimentos anteriores con un gran

número de rendijas, lo puede conseguir usando una peineta en lugar de colocar barreras.

EXP.4.-Realice los pasos 1, 2 y 3, colocando las barreras

alineadas en otra dirección. Si puede curve la peineta, observe detenidamente la forma de los pulsos al otro lado de la barrera.

B S

d

Pulso circular que viaja del generador S a la barrera B

Page 6: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 6

ONDAS PERIODICAS: Las ondas periódicas, planas y esféricas, se pueden producir con los generadores de pulsos. Para la mejor observación de las ondas períodicas conviene tener presente las siguientes precauciones: 1. Si la fuente de luz es rectilínea y se están observando ondas planas conviene dejar el filamento

paralelo a la dirección de propagación de las ondas, con lo cual resultan más los máximos y mínimos. Para la observación de ondas circulares se coloca el filamento vertical con lo cual la fuente luminosa actúa como una fuente puntual.

2. Para un mejor enfoque de las ondas sobre la pantalla de observación es conveniente que la distancia de la fuente luminosa a la superficie del agua de la cubeta con aproximadamente igual a la distancia de ésta a la pantalla colocada debajo de la cubeta.

3. Compruebe que las ondas son buenas, que no sean aperiódicas, revise las conecciones eléctricas del motor y del reóstato.

4. La amplitud de las ondas puede modificarse desplazando la tuerca móvil del contrapeso( podría ser plasticina también) adosado el eje del motor. La posición del contrapeso debe regularse consiguiendo que las ondas sean de buena calidad.

5. Si las ondas que inciden sobre las playas de la orilla se reflejan, revise las playas de la orilla para obtener una buena observación.

PROPAGACIÓN DE ONDAS PERIODICAS. Las características principales de las ondas periódicas pueden estudiarse realizando los siguientes experimentos: EXP1.-Si se pudiera observar en forma rasante la

superficie del líquido, perpendicularmente a la dirección de propagación de las ondas, se vería una curva del tipo sinusoide en la superficie del líquido.

EXP2.-En la superficie del líquido coloque un corcho o cualquier otro cuerpo liviano que flote, a continuación emita ondas periódicas planas. Observe los movimientos de éste y compárelos con el de propagación de las ondas. En este caso es conveniente que la amplitud de las ondas sea grande.

EXP3.-Para medir la longitud de onda sobre la pantalla, se “detienen” las ondas. Esto lo podrá realizar si cuenta con un estroboscopio directamente bajo la fuente luminosa u observando a través de las ranuras de aquél, la imagen que se obtiene sobre la pantalla de observación.

Mida en la situación anterior la distancia entre dos máximos consecutivos colocando dos reglas sobre la pantalla para ayudarse.

Page 7: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 7

La frecuencia de las ondas es igual a la frecuencia de rotación del motor. Ella puede determinarse midiendo las frecuencias de rotación del estroboscopio y el número de rendijas de éste. Calcule el producto de la frecuencia por la longitud de onda.

EXP.4.-Modifique la frecuencia del motor mediante al reóstato y repita el procedimiento indicado en 3 a lo menos tres veces, calculando los productos frecuencias por longitud de onda correspondientes.

EXP.5.- Sin hacer uso del estroboscopio puede obtenerse un modelo estacionario de las ondas,

colocando una barrera plana delante del generador paralelamente a éste y a una distancia apropiada. Mida éste caso la longitud de onda y compárela con la que se obtiene en ausencia de la barrera.

Si se ha conseguido la posición correcta de la barrera y se observa con detención la

superficie del líquido, se verá que hay líneas (vientres) que están siempre en reposo. A este tipo de ondas se les da el nombre de ONDA ESTACIONARIA

REFLEXIÓN DE ONDAS PERIÓDICAS El fenómeno de reflexión estudiado mediante pulsos puede también verificarse con la ayuda de las ondas periódicas; EXP.1.- Emita ondas periódicas planas y coloque

una barrera plana formando un ángulo de unos 35º con la dirección de propagación de las ondas incidentes. Observe la dirección de las ondas reflejadas.

EXP.2.- Dibuje sobre un papel blanco colocado sobre la pantalla: la Generador de ondas periódicas, B barrera barrera,

el frente de onda incidente y el frente de onda reflejado.

EXP3.- Repita los procesos 1), y 2) para ángulos de 45º, 60º y 90º. EXP.4.- Los procedimientos 1), 2) y 3) pueden repetirse usando ondas periódicas circulares.

B

P

Page 8: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 8

REFRACCIÓN DE ONDAS PERIÓDICAS Para estudiar el fenómeno de refracción de ondas periódicas se debe disponer de dos medios diferentes de velocidad de propagación, este se consigue en la cubeta con regiones de distinta profundidad, para ello se coloca un vidrio plano en el fondo de la cubeta de tal manera, que ocupe aproximadamente la mitad de ella. El fenómeno a estudiar pareciera ser que es muy fácil de realizar, sin embargo es uno de los más difíciles de observar en buenas condiciones. Con el objeto de obtener refracción con máxima nitidez se sugieren las siguientes precauciones; A. Cuide que el vidrio usado para conseguir los dos medios esté bien limpio especialmente de

materias grasas. B. La cubeta debe estar bien nivelada. Esta condición se requiere especialmente en este

experimento. C. Conviene que el vidrio usado sea lo más grande posible para que el efecto de los bordes no

perturbe al fenómeno a estudiar. D. La diferencia de profundidad entre los dos medios dono ser la máxima posible, para que el

efecto sea nítido.

La diferencia de profundidad óptica depende de la amplitud de la onda incidente, de manera que no puedan darse valores numéricos y debe regularse según la situación.

E. En este caso es conveniente echar más agua a la cubeta (unos 2 cm.). En las condiciones

corrientes de amplitud se aprecia una mejor refracción si la razón entre la profundidad en la región más profunda y la región poco profunda es de 1/5 .

F. Al observar la refracción se aprecia una fuerte reflexión; la que se hace tanto mayor a medida

que aumenta el ángulo de incidencia. Mientras mayor es la energía reflejada, tanto menor es la intensidad de la onda refractada. Con el objeto de evitar al máximo la reflexión conviene que el vidrio usado para conseguir la diferencia de profundidad sea biselado y se coloque en la forma que se indicó.

Vidrio plano

Page 9: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 9

EXPERIENCIA ( OPCIONAL) 1.:- Coloque el vidrio plano a cierta distancia del generador, con un borde paralelo a él. Emita

ondas planas, observe y mida - si es posible, la longitud y dirección de propagación de las ondas de ambos medios.

2.- Usando el estroboscopio mida la frecuencia de la onda en ambos medios. Mida las longitudes de onda 21 , λλ en los dos medios, en la forma ya conocida, calcule la razón:

2

1

2

1

2

1

λλ

γλγλ

==VV

Este cuociente se llama "INDICE DE REFRACCION DEL PRIMER MEDIO CON RESPECTO

AL SEGUNDO". 3.- Coloque el vidrio plano de tal manera que el límite entre los "dos medios" forme un cierto

ángulo con la dirección de propagación de un frente de onda plano. Si observa atentamente verá que la onda cuando cruza el límite de separación de las dos regiones de diferentes profundidad varía su longitud y dirección de propagación

4.- Dibuje sobre la pantalla: 1.- El límite de separación de los dos medios. 2.- El frente de onda en el primer medio. 3.- El frente de onda en el segundo medio Repita el proceso tres veces para diferentes ángulos. Llamando ondas incidentes a las que se propagan en el primer medio y ondas refractadas a las que se propagan en el segundo medio; el ángulo de incidencia "i" es el formado por la dirección de propagación de las ondas incidentes y la normal al límite de separación de los dos medios. Geométricamente es igual al ángulo formado por la dirección de propagación del frente de onda y la superficie de separación de los medios. AA`

TA

r

i

Page 10: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 10

El ángulo de refracción “r” está formado por la dirección de propagación de las ondas refractadas y la normal, siendo geométricamente igual al ángulo formado por el frente de onda refractado y la superficie que separa los dos medios. 1. En las mismas condiciones especificadas en el punto anterior, varíe la frecuencia de la onda

incidente y dibuje sobre la pantalla la dirección de las ondas refractadas para unas tres frecuencias diferentes. Compare el ángulo de refracción con la frecuencia.

Si los pulsos se emiten a intervalos de tiempos iguales y la distancia entre ellos se mantiene fija, a medida que avanzan en el medio, se dice que es una ONDA PERIÓDICA. El hecho de que una onda sea periódica tiene especial importancia en los efectos de interferencia y difracción. REFLEXIÓN TOTAL Cuando una onda pasa de una zona profunda a otra poco profunda, la velocidad de propagación disminuye, y la longitud de onda es más corta en la zona poco profunda. Cuando la onda incide en el límite de separación bajo un ángulo menor que 90º, experimenta una desviación en su dirección de propagación al cambiar de “medio”, es decir, la onda se refracta y se observa que no toda la onda se refracta, sino que parte de la onda incidente vuelve al primer medio es decir, se refleja observándose una onda reflejada en el límite de separación de los dos medios. Puede verificarse fácilmente que la intensidad de la onda reflejada es tanto mayor cuando mayor es el ángulo de incidencia. Esto se observa perfectamente en la cubeta. Si la onda pasa de la zona poco profunda a la zona profunda, su velocidad de propagación aumenta y su longitud de onda es más grande. Al aumentar el ángulo de incidencia, el ángulo de refracción crece rápidamente y cuando aquel llega a un valor crítico, la dirección de la onda refractada es paralela a la superficie de separación. Cuando el ángulo de incidencia es ligeramente mayor que el “ángulo crítico”, no se observa refracción y toda la onda incidente se refleja; se produce la REFLEXIÓN TOTAL. Se puede determinar para qué ángulo se produce la reflexión total y si éste fenómeno depende o no de la onda incidente (frecuencia de ella). DIFRACCION DE ONDAS Al obstruir un frente de onda, plano o esférico, se produce el efecto llamado difracción fenómeno que. Este fenómeno puede ser estudiado en la cubeta de ondas, haciendo uso del generador de ondas del generador de ondas y obstáculos.

Page 11: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 11

EXPERIENCIAS DE DIFRACCIÓN Usted puede realizar las siguientes actividades: EXP.1.-Coloque una barrera plana y emita ondas periódicas planas y observe el efecto que se produce

al pasar la onda, en uno de sus bordes. EXP.2.-Varíe la frecuencia, sin cambiar las demás condiciones y compare con lo observado en el punto

anterior. EXP.3.-Coloque dos barreras planas, dejando una ranura entre ellas y emita ondas periódicas rectas o

circulares procure que el ancho de la rendija sea comparable con la longitud de onda emitida. Anote lo observado.

EXP.4.-Reemplace la ranura por un obstáculo de las mismas dimensiones de aquella observe y compare con el modelo obtenido anteriormente en EXP. 3.

EXP.5.-Vuelva a las condiciones del punto S. Varíe la frecuencia, manteniendo las demás condiciones. EXP.6.-Compare los modelos obtenidos para diferentes frecuencias. EXP.6.-Manteniendo fija la frecuencia, varíe el ancho de la ranura y proceda igual que en los casos

anteriores, anotando cuidadosamente lo observado. EXP.7.-Ponga tres obstáculos de modo que queden dos ranuras de igual o diferente ancho y observe

lo que se produce más allá de las rendijas. Para las dos ranuras del mismo ancho y menor que el largo de onda, con el objeto de hacer más apreciable el efecto de difracción, dibuje sobre un papel colocado como pantalla el efecto que producen las ranuras más allá de ellas.

EXP.8.-Coloque en el generador dos esferitas para emitir dos ondas circulares a la misma distancia a que estaban las ranuras; sitúe el modelo anteriormente dibujado de manera que la posición de las ranuras coincida con la de las esferitas. Compare el modelo del dibujo con el que se produce en este caso.

INTERFERENCIA DE ONDAS Si de dos fuentes emisoras parten todas las ondas que recorren “caminos” diferentes para luego combinarse en una misma región del espacio, se observan zonas en las cuales los efectos de las ondas se refuerzan y otras en que se anulan. Este fenómeno se conoce con el nombre de INTERFERENCIA. Si las ondas se refuerzan, se habla de interferencia constructiva y si los efectos se anulan, de interferencia destructiva o simplemente interferencia.

EXP.3

EXP.4

Page 12: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 12

Las actividades 7 y 8 de difracción, muestran que si los emisores de ondas circulares están en fase (lo que ocurre con el generador de ondas corrientes) es equivalente a tomar dos porciones de un mismo frente de ondas (ranuras) de los cuales se envían ondas secundarias de acuerdo con el principio de Huygens. Los siguientes experimentos, muestran la facilidad de producir y estudiar el fenómeno de interferencia en la cubeta de ondas : EXP.1.-Coloque las dos esferitas en los agujeros centrales del generador de ondas, ajústelas de

manera que queden igualmente sumergidas en el agua. EXP.2.-Genere ondas periódicas, mida su longitud de onda y observe el modelo de interferencia.

Sobre un papel blanco colocado como pantalla, dibuje la posición de los focos emisores y las líneas nodales que observa en este caso.

EXP.3.-Repita este experimento anteriormente expuesto, cambiando la frecuencia y manteniendo

fijas las otras condiciones. Dibuje todas las líneas nodales que observa, par diferentes frecuencias.

EXP.4.-Con una misma frecuencia anterior y con la máxima distancia posible entre las esferitas

repita el experimento anterior dibujado sobre la otra hoja de papel. CUESTIONARIO Es un conjunto de preguntas cuya solución ayudará a la mejor comprensión de los experimentos anteriores y servirá además como complemento o motivación de las clases teóricas. En ellas están consideradas las principales propiedades de las ondas como también su comportamiento en los diferentes fenómenos ondulatorios. 1. ¿Qué pulso se amortigua más rápido? 2. Si se hace incidir un pulso plano sobre una barrera circular, ¿cómo es el pulso reflejado si sobre

la misma barrera se hace incidir un pulso circular?, ¿cuál será la forma del pulso reflejado? 3. Compare la forma de un pulso plano reflejado en una barrera circular y en una barrera

parabólica. 4. Si en el centro geométrico de una barrera circular se genera un pulso esférico, ¿qué forma tiene

el pulso reflejado? 5. Si en uno de los focos de una barrera elíptica se emite un pulso esférico, ¿a dónde converge el

pulso reflejado?

Page 13: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 13

6. Sobre dos barreras planas colocadas en ángulo recto, se hace incidir un pulso circular, ¿qué

forma tiene el pulso reflejado en ambas barreras? ¿Qué ocurriría si el pulso incidente es plano? ¿Cómo se transformaría la solución anterior si las barreras forman ángulos de 60º y 30º, respectivamente?

7. ¿Cómo sería el pulso reflejado si las barreras están paralelas y entre ellas se genera un pulso

circular o plano? 8. Un pulso plano incidente sobre una barrera provista de varias rendijas, ¿cómo varía la forma del

pulso al otro lado de las rendijas a medida que aumente el número de éstas? 9. ¿Cómo es el perfil de una onda plana y circular en la cubeta? 10. ¿Cómo explica la presencia de líneas brillantes sobre la pantalla de observación? ¿Qué

representan para la onda dichas líneas? 11. De acuerdo con la observación del movimiento del corcho sobre la superficie del líquido al ser

alcanzado por una onda, ¿qué propiedad de las ondas se pone de manifiesto? 12. Explique que es una onda estacionaria ¿ Cómo es su longitud de onda comparada con la separación

entre la fuente emisora y la barrera? 13. Cuándo una onda se refractas¿ Cómo es la frecuencia de ella en ambos medios? 14. Demuestre que el fenómeno de reflexión total interna, sólo ocurre cuando la onda pasa de un

medio de mayor velocidad de propagación a otro de menor velocidad de propagación de la onda. 15. ¿De qué factores depende el efecto de difracción y en qué forma? 16. ¿Porqué el efecto de difracción es fácilmente apreciable en las ondas sonoras y no ocurre lo

mismo con las ondas luminosas? 17. ¿Qué ha ocurrido con la energía transportada por las ondas en aquellos puntos en que interfieren

destructivamente?

Page 14: Taller Cubeta

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE DEPARTAMENTO DE FISICA

PROGRAMA DE PERFECCIONAMIENTO FUNDAMENTAL

Documento confeccionado por Cecilia Toledo Valencia [email protected] 14

ACTIVIDADES: TALLER Nº1 CUBETA DE ONDAS OBJETIVOS: CONSTRUCCION, USOS Y BENEFICIOS DE UNA CUBETA DE ONDAS TALLER Nº2 REFLEXION Y REFRACCION DE LA LUZ OBJETIVOS: CONSTRUCCION DE UN PANEL DEMOSTRATIVO IMÁGENES EN ESPEJOS PLANOS Y CONCAVOS ESTUDIO DE PRISMAS TALLER Nº3 INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN OBJETIVOS: CONSTRUCCIÓN DE REDES DE DIFRACCION USANDO C.D MEDICION DE LONGITUDES DE ONDAS