DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS LABORATORIO DE FISICA

CARRERA DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES FISCA II

LABORATORIO No. 1.2 TEMA DE PRACTICA : MOVIMIENTO ONDULATORIO FECHA : 25 DE MAYO DEL 2015 NIVEL : ll REALIZADO POR : Alexis Tufio Paul Muoz CURSO : A-209 NRC : 1833

OBJETIVOS:

Analizar y conocer las clases de ondas y los medios en los que se propagan.

Analizar y comprender la formacin y caractersticas de propagacin de ondas unidimensionales y superficiales.

Identificar los elementos y factores que intervienen en un fenmeno.

MATERIALES Y EQUIPOS:

Resorte helicoidal elstico

Cuba de ondas y accesorios

Motor

Fuente de poder

PROCEDIMIENTO:

1. RESORTE HELICOIDAL ELASTICO: 1.1. Disponga el resorte sobre una mesa horizontal lisa y asegure el un extremo a un

soporte firme. 1.2. Tome con la mano el otro extremo del resorte y sbitamente mueva hacia un lado,

regresando inmediatamente hacia la posicin inicial. 1.3. Repita esta operacin en intervalos iguales de tiempo y en cada caso aplicando una

tensin diferente al resorte.

1.4. Con la disposicin inicial, mueve la mano hacia adelante, en sentido en que est el eje del resorte.

1.5. Repita esta operacin en intervalos iguales de tiempo y en cada caso aplicando una tensin diferente al resorte.

2. CUBA DE ONDAS: 2.1. Produzca pulsos rectos y luego circulares en la superficie de agua. 2.2. Coloque en cada caso un pedazo de papel flotante sobre la superficie del agua 2.3. Utilice frentes de onda plana que incidan sobre un obstculo lineal, cncavo y

convexo. 2.4. Intente propagar estas ondas en diferentes medios y verifique las leyes de la

refraccin 2.5. Posteriormente introduzca en el frente de onda obstculos con una y dos aberturas

variables y aplique los principios de la difraccin. 2.6. Forme trenes de ondas circulares simultneos y a corta distancia el uno del otro y

reproduzca el fenmeno de la interferencia. 2.7. Registrar los datos en la hoja de datos.

PREGUNTAS:

1. RESORTE HELICOIDAL ELASTICO: 1.1. Identifique que tipos de ondas ha producido y cules son sus principales

caractersticas, considerando: desplazamiento de las partculas del resorte, tensin, amplitud, velocidad de propagacin del pulso.

Tenemos ondas mecnicas, ya que en este caso nuestro medio es el resorte, el cual es un medio elstico, las ondas observadas son de carcter longitud y transversal. Ondas trasversales: Se produce cuando los elementos de las partculas viajan en forma perpendicular al movimiento de la partcula. Ondas Longitudinales: Pasa lo contrario los elementos de la partcula viajan en formas paralelas al movimiento de las ondas.

1.2. Considere el fenmeno de la reflexin de ondas. Qu relacin encuentra entre las ondas incidentes y las reflejadas respecto a las caractersticas mencionadas anteriormente.

Ondas Longitudinales Ondas trasversales

El fenmeno de reflexin dice que el ngulo de inclinacin es igual al ngulo de reflexin y que el rayo incidente as como el reflejado, estn en el mismo plano por lo tanto se

puede encontrar una reflexin con el resorte ya que como se puede observar cuando formamos las ondas prcticamente el ngulo de incidencia era aproximadamente el mismo de la misma manera cuando formamos la onda longitudinal se observ claramente que el rayo incidente as como el reflejado estn en la misma direccin.

2. CUBA DE ONDAS: 2.1. Describa las caractersticas de las ondas planas y circulares?

Ondas planas.- Son ondas cuyos frentes de fase contante forman planos de tal manera que la distancia entre dos de estos planos continuos es igual a la longitud de onda.

Ondas Circulares.- Es una vibracin con frecuencia contante. En la fsica de propagacin de ondas (especialmente ondas electromagnticas), una onda plana o tambin llamada onda mono dimensional, es una onda de frecuencia constante cuyos frentes de onda (superficies con fase constante) son planos paralelos de amplitud constante normales al vector velocidad de fase. Es decir, son aquellas ondas que se propagan en una sola direccin a lo largo del espacio, como por ejemplo las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una direccin nica, sus frentes de ondas son planos y paralelos Reflexin de ondas planas en una superficie plana. Las ondas son paralelas mientras se acerca a XY y despus se reflejan. AN es la normal de XY en a. I es el ngulo de incidencia de la onda al tocar XY. El ngulo de reflexin es r. Siendo i =r Se le denomina refraccin a la desviacin que ocurre cuando una onda incidente llega formando con la superficie lmite un ngulo cualquiera y la onda transmitida modifica su direccin original acercndose o alejndose de la normal. Una onda circular es aquella cuya generacin se hace en un

punto y el desplazamiento genera frentes de onda

concntricos.

Una onda plana es aquella cuyo frente de onda es lineal y en

cuya propagacin se forman crestas paralelas a la fuente que

las produce.

2.2. Ha existido transporte de materia y energa Por lo que hemos visto en lo experimental podemos darnos cuenta que tanto en las ondas planas como en las circulares, existe un transporte de energa, pero no de materia. Esto quiere decir que una onda trasporta energa a travs del espacio sin que se desplace la materia. Un claro ejemplo de esto es las olas del mar.

2.3. Describa las leyes de la reflexin, haciendo referencia a esta practica Si un rayo de luz que se propaga a travs de un medio homogneo incide sobre la superficie de un segundo medio homogneo, parte de la luz es reflejada y parte entra como rayo refractado en el segundo medio, donde puede o no ser absorbido. La cantidad de luz reflejada depende de la relacin entre los ndices de refraccin de ambos medios. El plano de incidencia se define como el plano formado por el rayo incidente y la normal (es decir, la lnea perpendicular a la superficie del medio)

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Propagaci%C3%B3n_de_ondashttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Frente_de_ondahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fase_(onda)http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_fase

en el punto de incidencia (vase figura 1). El ngulo de incidencia es el ngulo entre el rayo incidente y la normal. Los ngulos de reflexin y refraccin se definen de modo anlogo.

Las leyes de la reflexin afirman que el ngulo de incidencia es igual al ngulo de reflexin, y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano. Si la superficie del segundo medio es lisa, puede actuar como un espejo y producir una imagen reflejada (figura 2). En la figura 2, la fuente de luz es el objeto A; un punto de Aemite rayos en todas las direcciones. Los dos rayos que inciden sobre el espejo en B y C, por ejemplo, se reflejan como rayos BD y CE. Para un observador situado delante del espejo, esos rayos parecen venir del punto F que est detrs del espejo. De las leyes de reflexin se deduce que CF y BF forman el mismo ngulo con la superficie del espejo que AC y AB. En este caso, en el que el espejo es plano, la imagen del objeto parece situada detrs del espejo y separada de l por la misma distancia que hay entre ste y el objeto que est delante.

Si la superficie del segundo medio es rugosa, las normales a los distintos puntos de la superficie se encuentran en direcciones aleatorias. En ese caso, los rayos que se encuentren en el mismo plano al salir de una fuente puntual de luz tendrn un plano de incidencia, y por tanto de reflexin, aleatorio. Esto hace que se dispersen y no puedan formar una imagen.

La reflexin es adems la propiedad del movimiento ondulatorio por la que una onda retorna al propio medio de propagacin tras incidir sobre una superficie. Cuando una forma de energa como la luz o el sonido se transmite por un medio y llega a un medio diferente, lo normal es que parte de la energa penetre en el segundo medio y parte sea reflejada. La reflexin regular (en la que la direccin de la onda reflejada est claramente determinada) cumple dos condiciones: el rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ngulo con la normal (una lnea perpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia), y el rayo reflejado est en el mismo plano que contiene el rayo incidente y la normal. Los ngulos que forman los rayos incidente y reflejado con la normal se denominan respectivamente ngulo de incidencia y ngulo de reflexin. Las superficies rugosas reflejan en muchas direcciones, y en este caso se habla de reflexin difusa.

2.4. Analice el fenmeno de la refraccin La reflexin es el cambio de direccin que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro.

Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de la separacin de los dos medios y si estos tienen ndices de refraccin distintos. Este fenmeno se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda.

2.5. Porque asume que al variar la profundidad del agua se considera como variacin de medios

Esto se asume debido a que por ser una onda mecnica, la rapidez de su propagacin depende del medio de propagacin elstico. La velocidad de propagacin, depender de la proximidad de las partculas del medio y de sus fuerzas de cohesin. As, la velocidad de propagacin ser mucho mayor en los slidos que en los lquidos, y sobre todo, que en los gases. En nuestro caso, al momento de introducir un pedazo de acrlico en la cuba, este disminuye la profundidad del agua, con lo cual las partculas de las ondas se encuentran ms cerca del slido. 2.6. Que leyes se deducen de la refraccin

LEY DE SNELL DE LA REFRACCIN

Consideremos un frente de ondas que se acerca a la superficie de separacin de dos medios de distintas propiedades. Si en el primer medio la velocidad de propagacin de las ondas es v1 y en el segundo medio es v2 vamos a determinar, aplicando el principio de Huygens, la forma del frente de onda un tiempo posterior t. A la izquierda, se ha dibujado el frente de ondas que se refracta en la superficie de separacin de dos medio, cuando el frente de ondas incidente entra en contacto con el segundo medio. Las fuentes de ondas secundarias situadas en el frente de ondas incidente, producen ondas que se propagan en todas las direcciones con velocidad v1 en el primer medio y con velocidad v2 en el segundo medio. La envolvente de las

circunferencias trazadas nos da la forma del frente de ondas despus de tiempo t, una lnea quebrada formada por la parte del frente de ondas que se propaga en el primer medio y el frente de ondas refractado que se propaga en el segundo. El frente de ondas incidente forma un ngulo 1 con la superficie de separacin, y frente de ondas refractado forma un ngulo 2 con dicha superficie. En la parte central de la figura, establecemos la relacin entre estos dos ngulos.

v1t=|OP|sin 1

v2t=|OP|sin 2 La relacin entre los ngulos y es:

Reflexin total Si v1>v2 el ngulo 1 > 2 el rayo refractado se acerca a la normal Si v1

La ley de Snell de la refraccin se expresa en trminos del ndice de refraccin n1sen 1=n2 sen2 En la siguiente tabla, se proporcionan datos acerca de los ndices de refraccin de diversas sustancias

2.7. En que consiste la difraccin. Dibuje el patrn correspondiente

Difraccin Es el fenmeno del movimiento ondulatorio en el que una onda de cualquier tipo se extiende despus de pasar junto al borde de un objeto slido o atravesar una rendija estrecha, en lugar de seguir avanzando en lnea recta. La expansin de la luz por la difraccin produce una borrosidad que limita la capacidad de aumento til de un microscopio o telescopio; por ejemplo, los detalles menores de media milsima de milmetro no pueden verse en la mayora de los microscopios pticos. Slo un microscopio ptico de barrido de campo cercano puede superar el lmite de la difraccin y visualizar detalles ligeramente menores que la longitud de onda de la luz.

2.8. Como depende del tamao de la abertura y de la longitud de onda La difraccin es mnima cuando la abertura es mucho mayor que la longitud de onda.

2.9. Como aplic el principio de Huygens

Vamos a completar el modelo de movimiento ondulatorio estudiando el proceso de avance de la

onda a lo largo del medio.

En el primer dibujo a la izquierda se observan ondas producidas en un

lago. La vibracin originada en un punto se transmite por la superficie

en todas las direcciones, haciendo que las partculas situadas en

circunferencias concntricas alrededor del foco vibren

acompasadamente. El segundo dibujo es una representacin

abstracta del proceso en la que se sealan direcciones de

propagacin (rayos) y se dibujan circunferencias separadas entre s

por una distancia igual a la longitud de onda, l (frentes de onda).

En la segunda mitad del siglo XVII el cientfico holands Cristian Huygens (1629-1695) elabor un mtodo geomtrico para explicar la propagacin de las ondas utilizando el concepto de que cada punto del medio alcanzado por la onda se comporta como un nuevo foco emisor o foco secundario.

Huygens plante que cuando la energa del movimiento

ondulatorio alcanza (al mismo tiempo) los puntos de un frente de

ondas, cada uno de estos puntos se pone a vibrar generando ondas

secundarias. La infinidad de estas ondas secundarias no se percibe

y s se observa en cambio su envolvente.

Cuando ha transcurrido un tiempo igual al periodo los movimientos

ondulatorios generados en los focos secundarios se han

transmitido en el sentido de propagacin de la onda hasta una

distancia igual a una longitud de onda. En ese instante, la lnea tangente a los frentes de onda

secundarios representa al siguiente frente de ondas y as sucesivamente.

El principio de Huygens es muy til interpretar bastantes propiedades del movimiento ondulatorio.

En los razonamientos que lo utilizan es bastante habitual considerar que los rayos son paralelos y los

frentes de onda planos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Christiaan_Huygens

Aunque la onda se origine como una onda

circular o esfrica, esta simplificacin es

adecuada si se analiza su comportamiento a

mucha distancia del foco. Tal como indica el

dibujo adjunto situado a la izquierda, lejos del

foco la curvatura de los frentes de onda se

puede suponer despreciable cuando se consideran porciones pequeas de ellos. Entonces procede

aplicar el principio de Huygens a frentes de onda planos del modo que se indica en la figura de la

derecha.

2.10. Cuando la difraccin ocurre en dos aberturas que caractersticas presenta Por cada abertura se formara una onda radial y pudimos ver que al juntarse o chocarse existira interferencia de ondas.

2.11. Cuando se tiene interferencia y cules son sus caractersticas

Cuando dos ondas similares se presentan al mismo tiempo en un punto del espacio decimos que se interfieren entre s. Si la permutacin ondulatoria resultante en un punto es mayor que la que produce cada una de las ondas de las ondas decimos que la interferencia es contractiva si es menor en una interferencia destructiva.

2.12. Dibuje el patrn de interferencia

2.13. Que son las lneas nodales y anti nodales? Nodos: Son los lugares donde la perturbacin de onda total es cero en todo momento. Antinodo: Es la posicin en la que la amplitud del movimiento resultante es mxima.

Anexos

1. BIBLIOGRAFIA

http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/21/Propiedades%20de%20las%20ondas.html

http://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Vibraciones_mec%C3%A1nicas/Ondas_longit

udinales_y_ondas_transversales

http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/21/Propiedades%20de%20las%20ondas.htmlhttp://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Vibraciones_mec%C3%A1nicas/Ondas_longitudinales_y_ondas_transversaleshttp://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Vibraciones_mec%C3%A1nicas/Ondas_longitudinales_y_ondas_transversales