Obtención de ondas longitudinales y transversales.
Medida de la velocidad de fase de ondas estacionarias en una cuerda fija en
los extremos.
ONDAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES
Con un cronovibrador de frecuencia cte se pueden generar ondas estacionarias en una cuerda fija en los dos extremos (movimiento ondulatorio transversal) o en un muelle por ejemplo colocado longitudinalmente en el sentido de la vibración (movimiento ondulatorio longitudinal)
Para el caso de la cuerda sujeta en sus dos extremos, si la frecuencia del movimiento vibratorio es cte, n la frecuencia n obtenida para una cuerda de longitud L se puede poner en función de la velocidad de fase c y el número de antinodos n:
Teóricamente la velocidad de fase de la onda monodimensional depende únicamente de la tensión F a la que está sometida la cuerda y de su densidad lineal rl
De las dos expresiones anteriores podemos escribir que:
Nota:
En el apartado "Actividades" de web:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/refraccion/refraccion.html se simula la formación de ondas estacionarias como consecuencia de la interferencia de una onda incidente y la reflejada al llegar el movimiento ondulatorio a un segundo medio en el que la velocidad de propagación sea nula.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Ondas longitudinales:
a) Ondas longitudinales. Colóquese un muelle sujeto al vibrador por uno de sus extremos y por el otro a un soporte de tal forma que el muelle quede vertical (igual sentido que el movimiento oscilatorio del vibrador). Ajustando la tensión del muelle pueden observarse nítidamente ondas estacionarias longitudinales.
Ondas transversales:
b) Tómese el cordón con un extremo sujeto al vibrador; el otro extremo a través de una polea su une al dinamómetro que a su vez va montado en un soporte. La longitud entre vibrador y polea que es la longitud de la cuerda vibrante debe ser de unos 105 cm. Midase concretamente esa longitud: L.
c) Con el vibrador funcionando, moviendo el dinamómetro hacia arriba o hacia abajo (variando la tensión en el hilo: F) se pueden conseguir distintos casos de resonancia para la longitud de hilo dado. Para valores del dinamómetro entre "20 g" y "90 g" se obtienen modos de vibración de la cuerda con entre 5 y 11 vientres.
d) Ahora el dispositivo experimental se varía para estudiar los modos de vibración con F cte y L variable. En el extremo libre del cordón se suspende por el extremo de la mesa a través de una polea un soporte cuya masa m sea por ejemplo de 60 g. Con el vibrador en marcha se varía la longitud del cordón hasta conseguir un modo de vibración con los antinodos perfectamente definidos. Anótese longitud y nº de antinodos para cada caso (unos 7 u 8 casos).
ANÁLISIS DE RESULTADOS:
a) Describir las ondas longitudinales conseguidas en a) del procedimiento experimental.
b) Organizar en una tabla las medidas de F=f(1/n2) y en otra las correspondiente al estudio de la relación entre n y L.
c) Representar la recta F=cte(1/n2). Encontrar la correspondiente ecuación. De la pendiente calcular la densidad lineal del hilo y comparar con el valor de la densidad determinado por la medida de su longitud y su masa.
d) Representar la recta L=f(n) y calcular con ella el valor de la velocidad c.
1.- Explicar las causas de error para la determinación de la densidad del hilo según se cita en c) del Análisis de resultados
2.- ¿La onda que se obtiene con el sistema instrumental está polarizada?
Ha de ser lo más conciso posible y debe incluir lo siguiente.
a) Descripción de la práctica.
b) Relación ordenada de datos medidas cálculos y gráficas.
b.1.- Explicación de la diferencia entre ondas longitudinales y transversales.
b.2.- Comparación entre el valor medido para la densidad lineal del hilo y el verdadero.c) Respuesta a las cuestiones.
