Laboratorio 5 (cubeta De Ondas)

Laboratorio de física III 28/02/2016

Cubeta de ondas Hamilton Casallas Universidad de la Salle

Resumen El objetivo de esta práctica es hacer una observación cualitativa de la generación y propagación de las ondas en el agua, también por medio de estas observaciones se intenta comprobar la ley de la reflexión. Para estos objetivos se ha planteado una práctica en la que un motor a través de impulsos genere en la superficie del agua diferentes modelos de ondas. Así tomar dichos datos experimentales y establecer sus características principales para ser verificados con los datos teóricos. Palabras clave: ondas, reflexión, refracción, pulsos. Marco teórico Una onda es aquella perturbación en los medios elásticos o deformables. Es transportadora de energía; pero es incapaz de desplazar una masa en forma continua. Toda onda al propagarse da lugar a vibraciones. Es importante notar que el medio mismo no se mueve en conjunto en la dirección en que avanza el movimiento ondulatorio. Las diversas partes del medio oscilan únicamente en trayectorias limitadas. La propiedad esencial del movimiento ondulatorio es que no implica un transporte de materia de un punto a otro. El movimiento ondulatorio supone únicamente un transporte de energía y de cantidad de movimiento. Los elementos de las ondas son los siguientes. La longitud de onda (λ): describe la distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos o también se puede decir que es la distancia, medida en la dirección de la propagación de la onda que existe entre dos puntos consecutivos de posición semejante. Frecuencia (f): es el número de ciclos realizados en cada unidad de tiempo es decir es el número de oscilaciones (vibraciones completas) que efectúa cualquier partícula, del medio perturbado por donde se propaga la onda, en un segundo. Velocidad de una onda (v). Es la rapidez con la cual una onda se propaga en un medio homogéneo. Una onda se propaga en línea recta y con velocidad constante.

Reflexión: Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión”: 1. El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, que se llama ángulo reflejado. 2. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano. (Si el rayo incidente se acerca al 2º medio en el plano del papel, el reflejado estará en ese plano y no se irá ni hacia adelante ni hacia atrás). Refracción: La refracción de una onda consiste en el cambio de dirección que experimenta cuando pasa de un medio a otro distinto. Este cambio de dirección se produce como consecuencia de la diferente velocidad de propagación que tiene la onda en ambos medios (Gonzales & Molano, 2015).

ÁNGULO DE INCIDENCIA y ÁNGULO DE REFLEXIÓN Se llama ángulo de incidencia -i- el formado por el rayo incidente y la normal, es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo, el ángulo de reflexión -r- es el formado por el rayo reflejado y la normal.

Estroboscopio: En esencia un estroboscopio está dotado de una lámpara, normalmente del tipo de descarga gaseosa de xenón, similar a las empleadas en los flashes de fotografía, con la diferencia de que, en lugar de un destello, emite una serie de ellos consecutivos y con una frecuencia regulable. Si tenemos un objeto que está girando a N revoluciones por minuto y regulamos la frecuencia del estroboscopio a N destellos por minuto e iluminamos con él el objeto giratorio, éste, al ser iluminado siempre en la misma posición, aparecerá a la vista como inmóvil. Una luz de estroboscopio regulada en el período apropiado puede aparentar congelar el movimiento cíclico. Si la frecuencia de los destellos no coincide exactamente con la de giro, pero se aproxima mucho a ella, veremos el objeto moverse lentamente, hacia adelante o hacia atrás según que la frecuencia de destello del estroboscopio sea, respectivamente, inferior o superior a la de giro. Frentes de Onda: Se denomina frente de onda al lugar geométrico en que los puntos del medio son alcanzados en un mismo instante por una determinada onda. Dada una onda propagándose en el espacio o sobre una superficie, los frentes de onda pueden visualizarse como superficies o líneas que se desplazan a lo largo del tiempo alejándose de la fuente sin tocarse. Ley de la reflexión: Principio por las ondas que inciden en una superficie lisa son reflejadas por la misma; el ángulo de incidencia es igual al de reflexión y el rayo de incidencia, el reflejado y la normal están en el mismo plano. Materiales y procedimientos         

Cubeta de ondas. Estroboscopio Cámara Papel periódico (pantalla) Trozos de metal Madero rollizo Motor Agua Foco

Como procedimiento se realizaron los siguientes pasos, tomando registros fotográficos y realizando una descripción de cada uno:

1. Toque un punto de la superficie del agua con el dedo o con la punta de un lápiz, en la pantalla se observa un pulso que se propaga ¿Cuál es la forma del pulso? ¿es la velocidad del pulso igual en todas sus direcciones? 2. Mueva suavemente hacia adelante y hacia atrás, con la mano, el madero rollizo que se da para la práctica ¿Cuál es la forma de los pulsos generados? La forma de estos pulsos es la forma de los frentes de onda, de las ondas en el agua. 3. Produzca pulsos rectos de manera que se reflejen en una barrera paralela a ellos. Describa lo que observa. Cambie la orientación de la barrera y observe los pulsos incidentes y reflejados dibuje en la pantalla con la mayor precisión posible la barrera y los pulsos incidentes y reflejados, y mida con los ángulos que forman los pulsos con la barrera ¿Qué relación existe entre los ángulos que forman los pulsos con la barrera? ¿se cumple la ley de la reflexión? Justifique si respuesta, verifique la ley de la reflexión para otras orientaciones de la barrera. Donde: 𝝋 = 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑦 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜𝑠 𝜹 = 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑦 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 𝜷 = 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑦 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 4. Se dispone de una barrera de forma parabólica, se generan pulsos rectos; al instante se reflejan dichos pulsos, en este instante se debe hallar el foco de los pulsos reflejados en la pantalla. Datos y resultados A continuación, se presentan los registros fotográficos y la descripción: Experimento 1:

Figura 2. Experimento 1 (fuente propia) En este experimento se observa que debido a un pulsado o toque con el dedo sobre la superficie del agua se generan pulsos circulares que se propagan en todas las direcciones.

Experimento 2:

Figura 3. Experimento 2 (fuente propia). En la imagen se puede apreciar que se generan pulsos rectos en el centro madero, pero hacia los bordes del mismo se generan pulsos circulares, al propagarse los pulsos mantienen su forma original que se asemeja a un cilindro con bordes redondeados; esto se mantiene hasta que los pulsos chocan con el límite de la cubeta. Experimento 3:

Figura 3. Experimento 3, momento 1 (fuente propia).

Figura 3. Experimento 3, momento 2 (fuente propia).

Se inició la generación de pulsos rectos los cuáles se reflejaban en una barrera paralela al generador de ondas. Las ondas generadas incidieron con un ángulo de 90° con respecto a la barrera, y se reflejaron con el mismo ángulo. Por tal motivo se evidencia que la onda choca con el obstáculo y se devuelve en la misma dirección, pero en sentido opuesto. Se establece que la amplitud, la longitud de onda y la frecuencia de la onda incidente y la reflejada son iguales y por tanto se genera una onda estacionaria. En el momento 1 y 2 de este experimento se hallaron los siguientes datos:

Momento 1 2

Experimento 4:

𝜷 (°) 90 90

𝝋 (°) 55 40

𝜹 (°) 35 50

Figura 3. Experimento 4 (fuente propia) Como se observa la pantalla las ondas reflejadas y las ondas incidentes generan óvalos sucesivos von un centro en común, dicho centro es el foco de los pulsos reflejados. Conclusiones • Las ondas que se generan en el agua son ondas estacionarias, debidas a la reflexión de las ondas en el extremo de la cubeta, pero la longitud de onda, la frecuencia y por tanto la velocidad de propagación son las mismas de la onda viajera incidente. • Se comprueba el fenómeno de reflexión, ya que al colocar la barrera se observó que el rayo incidente provocado por la onda genera un rayo reflejado al chocar con la barrera partiendo de esto se puede deducir que los ángulos incidentes y reflejados son iguales para que los ángulos sean iguales depende de la posición de la barrera. • Las partículas de una onda viajan a una misma velocidad, pero en diferentes direcciones a esto le llamamos frente de onda. • Las ondas depende del medio por el que se propaga, ya que como se observó dependiendo el obstáculo podría variar su frente de onda. Bibliografía Gonzales, S., & Molano, L. (15 de Agosto de 2015). Slideshare. Recuperado el 20 de Septiembre de 2016, de http://es.slideshare.net/carlosdiaz39108/informe-fisica-iii-cubeta-de-ondas-i-

generalidades-y-reflexion?qid=37701d23-e413-4562-86c6ea20a734ca3d&v=&b=&from_search=1 Osso. (s.f.). osso. Obtenido de http://www.osso.org.co/docu/tesis/2001/comportamiento/marcot.pdf