CUBETA DE ONDAS - Departamento de Física - Universidad ...
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UNIVERSIDAD TÉCNICA FE<strong>DE</strong>RICO SANTA MARÍA<strong>DE</strong>PARTAMENTO <strong>DE</strong> FÍSICALaboratorio Fis 129 - 2002GUÍA <strong>DE</strong> LABORATORIO<strong>CUBETA</strong> <strong>DE</strong> <strong>ONDAS</strong> (<strong>ONDAS</strong> SUPERFICIALES)OBJETIVOS‣ Medición <strong>de</strong> longitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> ondas (" λ ").‣ Observación <strong>de</strong> algunos fenómenos ondulatorios (<strong>ONDAS</strong> ESTACIONARIAS, INTERFERENCIA, DI-FRACCIÓN).‣ Uso <strong>de</strong> Estroboscopio Manua l para verificar el efecto estroboscópico.INTRODUCCIÓNLa cubeta <strong>de</strong> ondas es un útil dispositivo que permite visualizar el comportamiento <strong>de</strong> las ondas superficialesen el agua (ondas en dos dimensiones). Ver figuras 1 y 2.Figura1.- Cubeta <strong>de</strong> ondas superficiales en líquidos. La fuente<strong>de</strong> luz permite visualizar, por transmisión, los máximos <strong>de</strong> lasperturbaciones inducidas por un pequeño motor vibrador en lasuperficieFigura 2.- Efecto <strong>de</strong> enfocamiento producido por los máximos<strong>de</strong> las oscilaciones <strong>de</strong> la superficie <strong>de</strong>l fluído. Este efecto permitevisualizar la distancia entre los máximos.La excitación <strong>de</strong> la superficies <strong>de</strong>l fluido se realiza mediante un pequeño motor con una distribución <strong>de</strong>masa excéntrica. Esto induce oscilaciones verticales <strong>de</strong> una barra o pequeña esfera en contacto con lasuperficie <strong>de</strong>l líquido que finalmente produce ondas superficiales.PARTE A. EN EL LABORATORIOPrepare su cubeta, verifique que la profundidad es uniforme (mídala en las esquinas)1. Obtenga un frente <strong>de</strong> ondas PLANAS, ajustando la alimentación <strong>de</strong>l motor. Mida con ayuda <strong>de</strong>l discoestroboscópico (manual) la longitud <strong>de</strong> la onda viajera producida. Determine la frecencia <strong>de</strong> laexcitación alumbrando, con una fuente <strong>de</strong> luz estroboscópica, el motor <strong>de</strong> excitación. Mida variaslongitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> onda hasta un máximo cercano a 30 Hz (trate <strong>de</strong> medir frecuencias bajas 3-5 Hz).Grafique la Longitud <strong>de</strong> onda (λ)en función <strong>de</strong>l período. Usando que λ = v, × T, con v la velocidad <strong>de</strong> pro-1
<strong>CUBETA</strong> <strong>DE</strong> <strong>ONDAS</strong>pagación y T el período <strong>de</strong> la excitación <strong>de</strong>termine la velocidad <strong>de</strong> propagación <strong>de</strong> las ondas en elmedio líquido. Estime el error en su medición.2. Sin <strong>de</strong>tener el vibrador (para asegurar la misma frecuencia) ubique un obstáculo plano paralelo a labarra emisora (<strong>de</strong> ondas planas). Describa al fenómeno producido, ¿cómo se <strong>de</strong>nomina? ¿pue<strong>de</strong>medir λ directamente? Hágalo y compare con el valor obtenido sin el obstáculo. Explique brevementey discuta si es necesario.3. Estudie qué ocurre al intercalar un obstáculo plano, que <strong>de</strong>je una pequeña rendija (¿comprado conqué?), en el frente <strong>de</strong> ondas planas. Observe cuidadosamente y <strong>de</strong>scriba el fenómeno. Use un solopulso y vea qué suce<strong>de</strong>!. Pruebe con un obstáculo <strong>de</strong> dimensiones comparables a la rendija. Comentesus observaciones.4. Modifique la forma <strong>de</strong> excitación <strong>de</strong>l fluido. (Use motor con excéntrica y dos varillas). Reproduzcala condiciones que se dio en los gráficos <strong>de</strong> la parte previa y obtenga un gráfico <strong>de</strong> las “LINEASNODALES” sobre un papel <strong>de</strong>splegado bajo la cubeta. Comente sus resultados.PARTE B PREVIO AL LABORATORIOB1. Suponga Dos Fuentes Puntuales que oscilan en fase en un medio homogéneo, separadas una distancia“D” produciendo ondas <strong>de</strong> longitu<strong>de</strong>s " λ ". (Consi<strong>de</strong>re el problema bidimensional). Ver Figura.1. Determine la condición para que en el punto “p”las ondas generadas sufran INTERFERENCIA CONS-TRUCTIVA (VIENTRES <strong>de</strong> vibración).2. Id. Anterior para INTERFERENCIA <strong>DE</strong>STRUCTIVA(NODOS <strong>de</strong> vibración).3. Construya un gráfico uniendo todos los puntos quepresentan interferencia constructiva (LINEAS VEN-TRALES).4. Construya (otro color) un gráfico uniendo todos lospuntos que son nodos <strong>de</strong> vibración (LINES NODA-LES).Nota :Para hacer los gráficos trace con un compás circunferenciascon centro en cada fuente, tales que ∆ R entre ellas seaigual a λ 2 ; luego encuentre las intersecciones correspondientesa las condiciones <strong>de</strong>terminadas en -1 y -2.Utilice D ≈10− 15 [ cm]y λ 1−3[ cm]B2 Explique brevemente :¿Qué se entien<strong>de</strong> por Interferencia, Difracción y efecto estroboscópico?PHT/lss.Consi<strong>de</strong>re un sistema formado por una fuente puntual <strong>de</strong> luz, un objeto <strong>de</strong> dimensión D y la sombra<strong>de</strong> él proyectada en un pantalla. ¿Cómo se relaciona la dimensión <strong>de</strong>l objeto con el tamaño <strong>de</strong> susombra?2