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LAS ONDAS PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En este laboratorio virtual la amplitud, la tensión, el amortiguamiento y la frecuencia se pueden ajustar. En esta actividad, se llega a investigar los conceptos de las ondas y las longitudes de onda. Se llega a explorar diferentes tamaños de ondas a oscilar y que factores tiene un efecto sobre su amplitud y longitud. Parte A Haga clic en este enlace: http://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-on-a-string Haga clic en Ejecutar ahora Cambie la opción de manual a oscilación (Oscilate). Cambiar el final de final fijado a sin final (No end). Ajustar la amortiguación (Damping) a cero. Modifique los parámetros de la onda (amplitud y frecuencia) Observe detenidamente lo que sucede con la onda. Parte B En esta parte se tomaran mediciones de la longitud de onda y el periodo de una onda simulada por la aplicación. Inicie el programa asegurándose que la configuración este como se indica a continuación: Amplitud (Amplitude): 0.60 cm Frecuencia (Frecuency): 1.00 Hz Amortiguación (Damping): None Tension (Tension): High Marque las casillas de regla, cronometro y línea de referencia. Tomar las mediciones de la longitud de onda λ y el periodo T de la onda que se muestra. Para obtener estos datos deben hacer uso de la regla, el cronómetro y la línea de referencia.
Para la medición de la longitud de onda se debe pausar el simulador, luego arrastrar la línea de referencia hasta que coincida con una cresta de la onda y utilizando la regla horizontal medir la distancia entre dos crestas. Figura 1: En la imagen podemos observar que la longitud de la onda es de aproximadamente 3.75 cm. Para el cálculo del periodo se debe hacer uso del cronómetro y la línea de referencia central. Para obtener una medición más precisa del periodo de oscilación se debe activar la opción de cámara lenta (slow motion). Se activa el simulador para que la onda comience a oscilar y se debe medir con el cronometro el tiempo que le toma para realizar un periodo. Los datos deben ser anotados en la siguiente tabla: Parte C En esta parte, se investigar la influencia del factor de tensión en los componentes de la onda. Cambiar la tensión de la cadena a la mitad de la barra. ¿Qué parámetros de la onda cambian? Encierre en un círculo las que se aplican. Velocidad Periodo Longitud de Onda f (H z ) 1.00^ 1.20^ 1.40^ 1.60^ 1.80^ 2.0^ 2.20^ 2.40^ 2.60^ 2.80^ 3. λ (cm) (^) 6.10 5.20 4.50 3.90 3.45 3.10 2.80 2.60 2.35 2.20 2. T (s ) (^) 1.01 0.83 0.72 0.62 0.55 0.50 0.45 0.41 0.38 0.35 0.
2. ¿Cómo afecta la frecuencia a la forma de la onda? R: La Frecuencia no afecta a la amplitud de la onda, pero si afecta a la longitud de onda, el periodo de la onda y también la velocidad de propagación. En la onda se puede observar que hay un cambio en el número de valles y cresta según aumenta o disminuye la frecuencia. También se observa que con una mayor frecuencia aumenta el número de ondas en una determinadad distancia. 3. Usando del temporizador, ¿cómo mediría el periodo de la onda en la simulación? R: Tomando en cuenta la partícula que tiene el oscilador, se calcula cuánto tarda en hacer un ciclo (subir y bajar). Observamos que el tiempo es aproximadamente a T =0.49 s Al igual que si usamos la fórmula de T^ =^
f Sabiendo que la frecuencia es de f =2.00 hz
Entonces: T^ =^
esto es igual a T =0.50 s Dando así una aproximación bastante cercana al resultado.
4. ¿Cómo se podría medir la frecuencia de la onda en la simulación? Suponga que usted no sabe el valor que se ha configurado. R : La Frecuencia es la medida del número de veces que se repite un fenómeno por unidad de tiempo. En otras palabras, cuantos ciclos realiza por segundo. En un segundo observamos que el sistema desde la posición superior baja y sube dos veces en un segundo, por lo tanto la f = 2 Hz y se pueden comprobar con el tiempo del inciso #3 T ≅ 0.49 s con la formulaf = 1 /T entonces f = 1 /0.49 la frecuencia aproximada es de f ≅ 2.0408 ≅ 2 Hz 5. Mantenga la configuración actual: Sin final Presione reiniciar Amortiguamiento en cero Observe lo que ocurre con los puntos verdes. ¿A medida que la onda se desplaza hacia adelante (de izquierda a derecha en la pantalla), ¿Qué ocurre con los puntos verdes? ¿Cómo se mueven? (Centrarse en un solo punto a la vez puede ayudar a resolver esto). R: Observamos el segundo punto, y el movimiento del punto es solamente vertical, de arriba hacia abajo e inversamente de abajo hacia arriba, por lo tanto podremos decir que la ondas es una onda transversal, ya que sus partículas se mueven transversalmente a la propagación.
Amplitud a 1 cm, frecuencia 3 Hz, con amortiguamiento. Parte B
1. Hay dos ecuaciones que vamos a trabajar: V = λf y f =
T
. Escriba lo que cada una de las letras en las formulas representan. R: V =Velocidad de Propagación λ=Longitud de Onda f =Frecuencia T =Periodo 2. Usando las ecuaciones anteriores, la relación entre T y λ está dada por la ecuación: R: V = λf ,
V
f =λ ,
V
T
=λ ,
TV
=λ λ=VT T = λ V
3. En el siguiente diagrama, etiquetar lo siguiente: media longitud de onda, longitud de onda y la fuente de perturbación (SOD). Fuente de Perturbación λ 2 =Media Longitud de Onda λ=Longitud de Onda
4. Haciendo uso de los datos recopilados, plotear en papel mm λ=f (T ). Encontrar la ecuación de esta recta. f ( H z ) 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.0 2.20 2.40 2.60 2.80 3. λ (cm) (^) 6.10 5.20 4.50 3.90 3.45 3.10 2.80 2.60 2.35 2.20 2. λ (m) (^) 0.061 0.052 0.045 0.039 0.03455 0.031 0.028 0.026 0.0235 0.022 0. T (s ) (^) 1.01 0.83 0.72 0.62 0.55 0.50 0.45 0.41 0.38 0.35 0. λ=VT y ¿ a x + ¿ b λ ¿ V T + ¿ 0 asi :a=
N ∑ xy −∑ x ∑ y
N ∑ x
2
−(∑ x)
2 a=
2 ,^ a^ ≅^ 0. a=V ≅ 0.0603421 m/s
5. Explicar por qué la pendiente de la línea es V y luego calcule la velocidad de la onda en cm/s. R: λ=a la Longitud en metros , cm, mm , etc Periodo T (s) 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.
f(x) = 0.06 x + 0
Datos Experimentales Ajuste Lineal
Parte C
1. ¿aumentará la frecuencia del oscilador al cambiar la tensión de la cuerda? R : No, la Tensión no afecta a la frecuencia 2. Calcular la velocidad de la nueva onda R: Datos f =1.00 Hz λ ≅ 3.75 cm=0.0375 m V = λf =( 1 ) 0.0375=0.0375 m/ s
