Saltar la navegación

Magnitudes y fenómenos que caracterizan a las ondas periódicas

 Elaborador por: Dr. Pablo Valdés Castro, Dr. José Alberto Gregorio Alvarado Lemus, Dr. Jose Bibiano Varela Nájera, Dr. José Manuel Mendoza Román, M.C. Levy Noé Inzunza Camacho


Objetivo: Mide mediante un simulador magnitudes básicas que caracterizan a las ondas periódicas y examina los fenómenos de reflexión, interferencia y el efecto Doppler.


Si las oscilaciones que se propagan tienen lugar en dirección perpendicular a la de propagación, la onda se denomina transversal y si ocurren en la misma dirección que la de propagación, longitudinales. Las ondas que se propagan a lo largo de una cuerda estirada y las ondas electromagnéticas son transversales. La que se propaga a través de una barra que se ha golpeado por un extremo según la longitud de la barra y las ondas sonoras en el aire son longitudinales. Independientemente de que sean transversales, longitudinales, o de otro tipo, muchas de sus propiedades, así como una serie de magnitudes utilizadas para caracterizarlas son comunes a todas ellas. La presente simulación imita el comportamiento de ondas en la superficie de agua contenida en una cubeta cuadrada. En la realidad, las ondas que se propagan en la superficie del agua no son exactamente transversales, pero se asemejan mucho a ellas.

1. Accede a la dirección: https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/wave-interference

Para garantizar que descargarás el simulador con el idioma español, haz clic en “Translations” y selecciona la versión en español. Aparece una ventana preguntando si quieres guardar el archivo. Guárdalo y después intenta abrirlo. Si esto presentara dificultad, lo más probable es que requieras instalar Java. El simulador ha sido elaborado en este lenguaje de programación y para hacerlo funcionar debes tener instalado el software correspondiente. El enlace para descargarlo es:

https://www.java.com/es/download/

La simulación muestra ondas que se propagan en la superficie del agua producidas por gotas que caen sobre ella. ¿Cuál es la dirección de propagación de las ondas?

Amplitud de las ondas.

2. En el menú de la derecha haz clic en “Agregar Detector”. Aparece una pequeña ventana con un detector a su derecha (un cuadradito con una circunferencia en rojo). Mediante el ratón arrastra el detector hasta la superficie del agua para explorar como varía su nivel en cierto punto mientras las ondas pasan por él. ¿Cómo se mueven las partículas de agua en ese punto?

Coloca el detector durante unos segundos en el lugar donde caen las gotas de agua, observa el gráfico y luego desplaza el detector hacia el extremo derecho de la cubeta y nuevamente observa el gráfico. ¿Qué sucede con la amplitud de la onda al aumentar la distancia al punto donde caen las gotas? ¿Cómo se explica esto? Si tienes dificultad para dar la explicación, repasa el apartado 1.2.4 del libro de texto Óptica.

Medición del período y la frecuencia de las ondas.

3. Pausa la simulación y a partir del gráfico de Nivel Del Agua vs. Tiempo, estima el período de las ondas.

A continuación determinarás el período de otro modo, empleando un cronómetro. Para ello, en el menú de la derecha haz clic en “Cronómetro”. Sincroniza la puesta en funcionamiento del cronómetro (Start) con la llegada de una gota a la superficie del agua, y a partir de ahí cuenta un número determinado de gotas, por ejemplo 10. Detén el cronómetro (Stop) al llegar la décima gota al agua.

Calcula el período. ¿Coincide el resultado con la estimación realizada anteriormente usando el gráfico?

Utiliza el resultado de la medición del período para determinar la frecuencia f de caída de las gotas. Si lo requieres, repasa el apartado 1.2.1 del libro de texto.

Longitud de onda y velocidad de propagación.

4. En la ventanita que está a la izquierda, mueve el control de amplitud hasta el extremo derecho. De ese modo la amplitud de las ondas aumenta y, en correspondencia con ello, las zonas oscuras y brillantes en la cubeta aparecen más nítidas.

En el menú de la derecha haz clic en “Cinta de medir”, y mide y anota la longitud de onda λ. Usa este resultado y el del período T, medido en el punto 3, para determinar la velocidad de propagación de la onda.

Compara tu resultado con los obtenidos por otros estudiantes. Probablemente los son distintos. ¿Cómo se explica esto? ¿Cuál es la diferencia porcentual entre tu resultado y el de otros estudiantes?

Reflexión.

5. Haz clic en la crucecita del extremo superior derecho de la cubeta. Esta se amplía y en la parte superior izquierda aparece una nueva ventanita. Selecciona “Off” para que cese el goteo. Hciendo clic en “Pulse” puedes generar pulsos. En la parte inferior del menú de la derecha haz clic en “Add Wall”. Con ayuda del puntero del ratón, sitúa la pared o barrera verticalmente y a todo lo ancho de la cubeta, y luego genera un pulso. ¿Qué forma tiene el pulso reflejado? Observa que a la barrera llega primero la zona oscura (depresión de la superficie del agua) y después la brillante (elevación de la superficie del agua), mientras que ellas son reflejadas por la barrera en orden inverso. Esta es una característica de la reflexión de las ondas en una pared rígida.

Inclina la barrera diferentes ángulos. ¿Qué relación habrá entre las direcciones de incidencia y las de reflexión?

Interferencia.

6. Desliza el control de la frecuencia hasta aproximadamente la mitad y luego en el menú de la derecha haz clic en “Dos Goteos”. Explica cualitativamente por qué se forma el diagrama que se observa. Si tienes dificultad, repasa el apartado 1.3.3 del libro de texto. Identifica en el diagrama las líneas nodales y las zonas de interferencia constructiva y destructiva. Haz clic en “Agregue El Detector” y explora con las diferentes zonas del diagrama de interferencia. Describe tus observaciones.

Efecto Doppler.

7. Haz clic en “Un Goteo” y luego mediante el puntero del ratón, desplaza lentamente el grifo hacia la derecha. ¿Qué sucede con la longitud de onda a la derecha y a la izquierda del grifo? ¿Qué sucede con la frecuencia de las ondas en ambos lados del grifo? A fin de poder ilustrar en el reporte de la Práctica el fenómeno que tiene lugar, utiliza un software que te permita grabar la pantalla mientras desplazas el grifo, por ejemplo, FastStone Capture. Si la onda fuese sonora, ¿qué variaciones en el sonido se percibirían a un lado y otro del grifo al desplazar este?

8. Confecciona un informe del trabajo realizado con las respuestas a las preguntas formuladas, las fórmulas utilizadas, los resultados numéricos obtenidos y unas conclusiones.

 Universidad Autónoma de Sinaloa - Dirección General de Educación Superior - Dirección General de Escuelas Preparatorias