laboratoria de onda n2 imagenes de ondas

Oscilaciones

Conceptos básicos

Movimiento periódico Por medio del uso de un Timer se ilustra y explica en que consiste un movimiento periódico.

Distintos objetos oscilantes Se dispone de varios objetos oscilantes por medio de los cuales se pueden ilustrar conceptos tales como: elongación, amplitud, periodo y frecuencia de una oscilación.

 

Péndulo Se dispone de una esfera de metal que oscila entorno a un eje que tiene poco roce. Con este dispositivo se puede observar una oscilación con escaso amortiguamiento que permite que la amplitud de la oscilación decrezca lentamente.

Pesa oscilante Se dispone de un resorte que tiene en su extremo una pesa que oscila entorno a su posición de equilibrio por la expansión y compresión del resorte.

 

Resorte horizontal Un resorte que se encuentra ubicado horizontalmente sobre una superficie tiene en su extremo libre un tubo. Al sacar el resorte de su posición de equilibrio, el tubo realiza una oscilación completa.

 

Oscilaciones simétricas Se dispone de una estructura metálica por donde se puede deslizar una pequeña esfera. Esta estructura tiene una forma simétrica con respecto a un eje vertical, por lo cual el movimiento de la esfera corresponde a una oscilación simétrica con igual amplitud a ambos lados de la vertical.

 

Oscilaciones asimétricas Se dispone de una estructura metálica por donde se puede deslizar una pequeña esfera. Esta estructura tiene una forma asimétrica con respecto a un eje vertical, por lo cual el movimiento de la esfera corresponde a una oscilación asimétrica con distinta amplitud a ambos lados de la vertical.

 

Oscilaciones armónicas simples (MAS)

Representación gráfica del MAS Se dispone de un dispositivo que se coloca sobre un reproyector y por medio del cual se puede observar el comportamiento de una oscilación armónica simple a través del tiempo.

 

Variación del periodo con la longitud Se dispone de dos varillas metálicas suspendidas de un eje. Cada varilla tiene una pesa que se puede deslizar a lo largo de ella. Con el cambio de posición de las pesas se gradua la longitud de los péndulos y se puede observar la variación del periodo de oscilación en dependencia de la distancia de las pesas al eje de giro.

 

Péndulo de torsión Se dispone de un disco que tiene una barra metálica como eje. Al suspender este dispositivo y hacer rotar el disco se puede observar la oscilación que éste experimenta debido a la torsión de la barra.

 

Péndulo físico Se dispone de un péndulo físico que presenta tres puntos de suspensión diferentes. Uno se encuentra ubicado en el centro de masa, otro sobre el centro de masa y otro bajo el centro de masa. Se puede observar que al suspender el cuerpo, por el punto que pasa por sobre el centro de masa, se produce una oscilación debido debido a que esa posición corresponde a una situación de equilibrio estable.

Esferas oscilantes Se dispone de un conjunto de 5 esferas que pueden oscilar. Con éste conjunto se puede observar la transferencia de energía entre las esferas.

Tipos de oscilaciones armónicas simples

Oscilación amortiguada Se dispone de una esfera grande y pesada suspendida de un eje ubicado en el techo. Al hacerla oscilar se puede observar la disminución gradual de la amplitud de la oscilación debido al amortiguamiento de la misma por fuerzas externas.

 

Oscilación forzada Se dispone de una esfera colgante del techo que puede oscilar libremente. A la misma se le puede aplicar una fuerza impulsora externa que produce lo que se denomina oscilación forzada.

 

Resonancia de una esfera oscilante Se tiene una esfera colgante que puede oscilar libremente. Sí se le aplica una fuerza externa con una frecuencia igual a la frecuencia propia de oscilación se puede hacer crecer la amplitud de la oscilación de manera importante.

 

Relación movimiento circular y oscilación armónica simple

 Se tiene un disco en el cual se ha colocado una pequeña esfera en un lugar cercano al borde. Al proyectar de perfil el disco en una pantalla y hacerlo girar, se puede observar la proyección oscilante de la esfera. Pudiéndose de esta forma asociar el movimiento circular y la oscilación armónica simple.

 

Oscilaciones electromagnéticasResonancia electromagnética Se dispone de un circuito RCL en el cual se puede variar la inductancia de la bobina de tal manera que la frecuencia propia de oscilación del circuito coincida con la frecuencia de la corriente alterna que alimenta el circuito y se produzca la resonancia del mismo. Esto se puede observar a través del aumento de la luminosidad de un bombillo que forma parte del circuito RCL.

 

Ondas mecánicas transversales

Características de las ondas transversales

Simulador de ondas Se dispone de un dispositivo que está compuesto por un alambre vertical en el cual se encuentran adheridos varillas horizontales. Por medio de la torsión del alambre central se puede simular una onda. Este dispositivo es útil para ilustrar y explicar el concepto de onda mecánica.

 

Pulso de onda Se tiene un dispositivo realizado con pequeños palillos de madera con el cual es posible mostrar la formación de un pulso de onda.

 

Tren de ondas Se tiene un dispositivo realizado con pequeños palillos de madera con el cual es posible mostrar un tren de ondas.

 

Onda transversal Se dispone de varias cintas con las cuales se puede mostrar la formación de ondas transversales y observar el desplazamiento vertical de cada elemento.

 

Ondas viajeras Se dispone de varias cintas con las cuales es posible mostrar la propagación de ondas transversales. La percepción de desplazamiento horizontal que se aprecia en este tipo de ondas hace que se denominen ondas viajeras.

 

Onda viajera en una manguera

 En una manguera de riego se puede observar, al producir un pulso, como éste viaja a lo largo de ella.

 

Ondas en el agua

Ondas circulares en el agua Se utiliza una cubeta con agua colocada sobre un retroproyector, al dejar caer en ella gotas de agua se pueden observar las ondas circulares que se forman.

 

Ondas planas en el agua Se utiliza una cubeta con agua colocada sobre un retroproyector, por medio de una lámina plana que se mueve de manera periódica sobre la superficie del agua se pueden producir ondas planas.

 

Un pequeño objeto que oscila en el agua

 Se coloca un pequeño trozo de corcho en una cubeta con agua. En dicha cubeta se producen ondas circulares al dejar caer gotas de agua. Se puede observar que el pedacito de corcho oscila en la misma posición y no se desplaza radialmente con la propagación de la onda.

 

Difracción al atravesar un orificio

 Al producir un tren de ondas planas en el agua y colocar en su trayectoria de propagación un obstáculo que tenga un pequeño orificio, se puede observar las ondas circulares que se propagan después de superar el obstáculo y las cuales muestran la difracción de las ondas planas.

 

Interacción entre ondas transversales

Superposición de ondas transversales

 En una cubeta con agua se producen dos ondas circulares que se propagan y superponen entre sí.

 

Interferencia constructiva en una cubeta con agua

 Produciendo dos ondas circulares simultáneamente en una cubeta con agua se pueden obtener puntos de interferencia constructiva, que aparecen como puntos obscuros en los cuales se intersectan las onda.

 

Interferencia destructiva en una cubeta con agua

 Produciendo de manera desfasada dos ondas circulares simultáneamente en una cubeta con agua se pueden obtener puntos de interferencia destructiva, que aparecen como puntos claros en los cuales se intersectan las onda.

 

Ondas estacionarias transversalesOndas estacionarias producidas con imanes

 Utilizando un alambre, por el cual circula una corriente alterna y del cual uno de sus extremos se encuentra ubicado en un campo magnético producido por un par de imanes naturales, se obtiene una onda estacionaria. Se puede hacer variar la cantidad de nodos y antinodos.

 

Ondas estacionarias producidas con vibrador

 Haciendo vibrar una cuerda en tensión se pueden obtener ondas estacionarias con diferentes cantidad de nodos y antinodos dependiendo de la masa que tensa la cuerda.

 

 

Ondas mecánicas longitudinales

Características de las ondas longitudinales

Propagación de ondas longitudinales Se dispone de un resorte elástico en el cual se puede producir una compresión entre algunas de sus vueltas, al soltar la compresión se puede ver como ésta se desplaza a lo largo del resorte pudiéndose observar de esta forma la propagación de una onda longitudinal.

 

Aserrín saltarín Se dispone de dos panderos en uno de los cuales se ha colocado una pequeña cantidad de granos de azúcar o cualquiera otro elemeno pequeño y liviano. El segundo pandero se coloca a una distancia por sobre el primer pandero y se hace vibrar, se puede observar como los pequeños granos de azúcar también vibran. Mostrando de esta forma la propagación de una onda acústica.

 

Membrana vibrante Se dispone de un tubo el cual tiene cerrado con papel uno de sus extremos. Al hablar por el otro extremo, se propaga una onda longitudinal acústica la cual hace vibrar la lámina de papel; esta vibración se detecta por la oscilación de una pequeña esferita colgada en el extremo.

 

Reflexión del sonido

 Se dispone de dos tubos largos de cartón. En el extremos superior de uno de ellos se coloca un pequeño reloj. Al ubicar ambos tubos apoyados en el suelo formando una V, se puede oir el tic-tac del reloj en el extremo superior del otro tubo.

 

Sonidos infrasónicos y ultrasónicos

 Usando una fuente de frecuencias variables amplificadas por una pequeña corneta se pueden escuchar sonidos de distinta frecuencia, pudiéndose observar que el oido humano sólo percibe sonidos dentro de un rango determinado de frecuencias, bajo y sobre él no se escucha ningún sonido.

 

Tres cuerdas vibrantes

 Se dispone de tres cuerdas de igual longitud y de distinto grosor. Estas cuerdas se encuentran tensadas por sus extremos. Al hacerlas vibrar se puede percibir que los sonidos emitidos por cada una de ellas son diferentes.

 

Ondas estacionarias longitudinales

Silófono o marimba

 Se tiene una marimba conformada por cilindros metálicos de distinta longitud, al hacerlos vibrar se puede observar que los tubos más cortos emiten un sonido grave en cambio los tubos más largos emiten sonidos agudos.

 

Flautas

 Se dispone de varias flautas en las cuales por medio de la obstrucción de los orificios que se encuentran a lo largo de ellas, se hace variar la longitud de la columna de aire en el tubo, lo cual se refleja en la emisión de sonidos de distinta frecuencia.

 

Botellas con agua

 Se tiene un conjunto de botellas que se llenan parcialmente de agua. Esto hace que la columna de aire en cada uno de ellas sea diferente. Por lo cual al hacerlas vibrar emiten sonidos de distinta frecuencia.

 

Tambor

 Un tambor posee una membrana flexible colocada en tensión. Esta membrana se puede hacer vibrar de diferentes modos, produciendo distintas frecuencias, que determinan distintos sonidos.

 

Resonancia ondas sonoras

Tubo resonante y diapasón

 Se dispone de dos tubos de distinto diámetro conectados por una manguera. Por medio del desplazamiento del tubo de mayor diámetro se puede hacer variar el nivel de agua del tubo más angosto Esto hace que varíe la columna de aire en este tubo, lo cual permite producir resonancia con distintos diapasones.

 

Escuchar el mar en un tubo

 Usando un pequeño tubo de cartón, el cual se apoya en el oído y se tapa con una mano en el otro extremo, se puede percibir un sonido que se asemeja al ruido del mar. Este sonido corresponde a la resonancia que produce algún sonido externo que tiene una frecuencia similar a la frecuencia propia de tubo y la cual está dada por su longitud.

 

Movimiento de la fuente emisora

Onda de choque

 En una cubeta con agua se desplaza un pequeño trozo de madera. Cuando su velocidad de desplazamiento es mayor que la propagación de la onda que se produce en el agua se puede observar la traza de la onda de choque.

 

Aplicaciones de las ondas longitudinales

Teléfono de juguete

 Dos vasos plásticos unidos por un hilo largo atado a sus bases nos permiten percibir, al matener tensado el hilo que los une, la transmisión de una onda sonora.

 

Micrófono y osciloscopio

 Al hablar se produce una onda sonora longitudinal la cual hace vibrar la membrana de un micrófono, esta vibración produce una corriente inducida que puedes ser detectada por medio de un osciloscopio.

 

Interferencia en el tiempoAfinación de un instrumento musical

 Para afinar un instrumento musical se pueden utilizar las pulsaciones producidas por la emisión de dos frecuencias próximas. Se usa una frecuencia patrón a la que se ajusta la frecuencia deseada hasta lograr que la pulsación desaparezca. Este método se emplea en la afinación de una guitarra.

 

 

Ondas electromagnéticas

Comportamiento de las ondas electromagnéticasDiferencia entre las ondas mecánicas y las ondas electromagnéticas Se dispone de una campana de vacío dentro de la cual se coloca un timbre y un bombillo encendido. Se puede observar que al extraer el aire de la campana, por medio de una bomba de vacío, se deja de percibir el sonido del timbre, pero se continua observando el brillo del bombillo encendido. De esta forma se muestra que las ondas mecánicas necesitan de un medio para propagarse no así las ondas electromagnéticas.

 

La luz un tipo de onda electromagnética

Difracción de la luz Se coloca una fuente de luz de tal manera que atraviese un pequeño orificio circular. Se pueden observar los anillos claros y obscuros que muestran la difracción de la luz.

 

Difracción entre dos dedos Al colocar dos dedos de la mano juntos, del tal manera que quede entre ellos una rendija, y mirar a través de ellos a una fuente de luz, se pueden observar franjas claras y obscuras que corresponde al patrón de difracción de la luz al pasar por una ranura estrecha.

 

Franjas de difracción Se coloca una fuente de luz de tal manera que atraviese una fina ranura. Se pueden observar las bandas claras y obscuras que muestran la difracción de la luz.

 

Difracción de la luz por una hojilla de rasurar Al colocar una hojilla de rasurar entre una fuente de luz monocromática y una pantalla de proyección, se puede obtener el patrón de difracción de la hojilla y observar las franjas claro-obscura de los márgenes.

 

Difracción de la luz por una moneda Al colocar una moneda entre una fuente de luz monocromática y una pantalla de proyección, se puede obtener el patrón de difracción de la moneda y observar las franjas claro-obscura de los márgenes y un pequeño punto luminoso en su centro.

 

Difracción de la luz en un CD Los surcos de un disco compacto se constituyen en una rejilla de difracción. La luz blanca reflejada desde las regiones entre los surcos interfiere constructivamente sólo en ciertas direcciones que dependen de la longitud de onda y de la dirección de la luz incidente. Eso hace que la superficie del CD tenga una apariencia multicolor.