Informe de trabajo virtual N° 03 - Movimiento ondulatorio. Física de la masa y energía PDF

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DEMOGROVEJOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL AMBIENTALInforme de laboratorio N° 03Movimiento ondulatorioJesús Alberto Tarrillo Soto29/01/Edwin Cumpa BarriosGuía de laboratorio virtual N° Objetivos Calcula y mide diferentes características de la onda: frecuenc...

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL AMBIENTAL Informe de laboratorio N° 03 Movimiento ondulatorio Jesús Alberto Tarrillo Soto 29/01/2022 Edwin Cumpa Barrios

Guía de laboratorio virtual N°03 1. Objetivos 1.1. Calcula y mide diferentes características de la onda: frecuencia, período, amplitud, longitud de onda, velocidad y frecuencia angular. 1.2. Describe las relaciones entre cada una de las características de las ondas y cuantifica sus variaciones cuando alguna de ellas varia. 1.3. Describe como varia la velocidad cuando varía la tensión de la cuerda. 2. Marco teórico Es aquella perturbación que se propaga en un medio (solido, liquido o gas), transportando energía y cantidad de movimiento, pero no materia. 2.1. Clases 2.1.1. Transversales Una onda mecánica es transversal, cuando las partículas del medio oscilan perpendicularmente a la velocidad de propagación.

2.1.2. Longitudinales Una onda es longitudinal, cuando las partículas del medio oscilan paralelamente a la velocidad de propagación.

2.2. Elementos 2.2.1. Longitud de onda: Es la mínima distancia entre 2 puntos de onda, donde la figura se vuelve a repetir. 2.2.2. Rapidez de propagación: Es la distancia que recorre la perturbación en cada segundo 𝑣 = 𝜆, 𝑓 2.2.3. Amplitud

2.2.4.

2.2.5.

2.2.6. 2.2.7. 2.2.8.

Es la distancia de una cresta a donde la onda está en equilibrio, cuando mayor es la amplitud, mayor es la energía transferida. Periodo (T) Es el tiempo que tarda la onda en recorrer una distancia igual a su longitud de onda o lo que es igual al tiempo que tarda cada punto de la perturbación en realizar una oscilación completa. Numero de onda (K) 2𝜋 𝐾= 𝜆 Frecuencia angular 𝜔 = 2𝜋. 𝑓 Valle Es el punto más bajo de la onda. Cresta Es el punto más bajo de una onda.

2.3. Ecuación de onda 𝑦(𝑥,𝑡) = 𝐴(sin(𝑘𝑥 ± 𝜔𝑡)) 3. Procedimiento 3.1. Ingrese al simulador del grupo PhET de la universidad http://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-on-a-string A. Explore la interfaz. Pruebe los diferentes controles B. Investigue el comportamiento de un pulso de onda C. Comience con la siguiente configuración para la “onda 1”:  Oscilar  Sin fin  Amplitud: 0,5 cm  Frecuencia: 1,5 s  Amortiguamiento: Ninguna  Tensión: alta  Regla y temporizador: marcado

de

Colorado:

C1. Compruebe que la amplitud de la onda es aproximadamente 0,5 cm. Mide la longitud de onda, Mida el período en segundos. Compruebe que el valor indicado para la frecuencia es aproximadamente 1,5 Hz Encuentra la velocidad de la onda en cm / s y la frecuencia angular. Llene con estos datos la columna correspondiente a la onda N° 1 de la tabla N° 01

𝑨 = 𝟎, 𝟓 𝒄𝒎 𝝀 = 𝟒, 𝟏 𝒄𝒎 𝒇 = 𝟏, 𝟓 𝑯𝒛 𝑣=

𝜔 𝑘

𝒗 = 𝟓, 𝟖𝟔 2𝜋 𝜆

𝑘=

𝒌 = 𝟏, 𝟓𝟑 𝜔= 𝜔=

2𝜋 𝑇

2𝜋 0,70

𝝎 = 𝟖, 𝟗𝟕

C2. Mueva el control deslizante de amplitud a 0.25 cm (onda 2) y luego a 0.75 cm (onda 3). Y sin variar las otras condiciones, realice mediciones y llene la tercera y cuarta columna (correspondientes a las ondas 2 y 3 de la tabla N° 1)

𝑨𝟐 = 𝟎, 𝟐𝟓 𝒄𝒎 𝑨𝟑 = 𝟎, 𝟕𝟓 𝒄𝒎 𝒇𝟐 𝒚 𝟑 = 𝟏, 𝟓 𝑯𝒛 𝑻𝟐 = 𝟎, 𝟕𝟔 𝒔 𝝀𝟐 = 4cm 𝑘=

2𝜋 4

𝒌𝟐 = 𝟏, 𝟓𝟕 𝑣=

8,26 1,57

𝒗𝟐 = 𝟓, 𝟐𝟔 𝜔=

2𝜋 0,76

𝝎𝟐 = 𝟖, 𝟐𝟔

𝑨 = 𝟎, 𝟕𝟓 𝒄𝒎 𝒇 = 𝟏, 𝟓 𝑯𝒛 𝑻𝟑 = 𝟎, 𝟖𝟎 𝒔 𝝀𝟑 = 4 𝑘3 =

2𝜋 4

𝒌𝟑 = 𝟏, 𝟓𝟕 𝑣3 = 𝑣3 =

𝜔 𝑘

7,85 1,57

𝒗𝟑 = 𝟓 𝜔3 =

2𝜋 0,80

𝝎𝟑 = 𝟕, 𝟖𝟓 C3. Con la amplitud de 0,5 cm, mueva el control deslizante de frecuencia a 1 Hz (onda 4) y luego a 2 Hz (onda 5). Haz nuevas medidas y llena la columna 5 y 6 (correspondientes a las columnas 4 y 5 de la figura N° 01)

.

𝐴 = 0,5 𝑐𝑚 𝑇4 = 1,06 𝑠 𝜆4 = 5,8 𝑓=1 𝑘4 =

2𝜋 5,8

𝑘4 = 1,08 𝑤4 =

2𝜋 1,06

𝜔4 = 5,97

𝑨𝟓 = 𝟎, 𝟓 𝒇𝟓 = 𝟐 𝑯𝒛 𝝀𝟓 = 𝟑 𝑻𝟓 = 𝟎, 𝟓𝟐 𝑘5 =

2𝜋 3

𝒌𝟓 = 𝜔5 =

2𝜋 0.52

𝝎𝟓 = 𝟏𝟐, 𝟎𝟖𝟑 𝑣5 = (12,083)/ (2,094) 𝒗𝟓 = 𝟓. 𝟕𝟕

C4. Con los valores iniciales para la onda, esto es, amplitud, 0.5 cm, frecuencia, 1,5 Hz, varíe la tensión al nivel medio, llene la columna correspondiente a la onda N°6 con estos datos.

𝑻 = 𝟎, 𝟕𝟒 𝑨 = 𝟎, 𝟓 𝒄𝒎 𝝀=𝟒 𝒇 = 𝟏, 𝟓 𝑯𝒛 𝑘=

2𝜋 𝜆

𝒌 = 𝟏, 𝟓𝟕

𝜔=

2𝜋 0,74

𝝎 = 𝟖, 𝟒𝟗 𝑣 = 8,49/ 1,57 𝒗 = 𝟓, 𝟒𝟎

4. Datos experimentales Magnitud Onda 1 Amplitud 0,5 cm Longitud 4,1 de onda Periodo 0,70 s Frecuencia 1,5 hz Velocidad 5,86 cm/s Frecuencia 8.97 angular

Onda 2 0,25 cm 4

Onda 3 0,75 cm 4

Onda 4 0,5 cm 5,8

Onda 5 0,5 cm 3

Onda 6 0,5 cm 4

0,76 s 1,5 Hz 5,26 8,26

0,80 1,5 Hz 5 7,85

1,06 s 1 1,02 5,97

0,52 s 2 Hz 5,77 12,083

0,74 s 1,5 hz 5,40 cm/s 8,49

5. Preguntas 5.1. Describa los cambios en los parámetros de la onda cuando varia la amplitud de esta (procedimiento C.2.) A medida que la amplitud aumenta la velocidad aumenta y mientras más grande sea la frecuencia menor será la longitud de onda. 5.2. Describa los cambios en una onda si solo varia la frecuencia de esta (procedimiento C.3) Si varia su frecuencia sus longitudes también varían ya sea para aumentar o disminuir su tamaño, así como también cambia su velocidad y su frecuencia angular. 5.3. Discuta las relaciones entre longitud de onda y frecuencia, período y frecuencia, amplitud y frecuencia y velocidad y frecuencia. A mayor frecuencia menor será la longitud de onda y viceversa, son el número de ciclos por unidad de tiempo que realiza el movimiento periódico, tanto la longitud de onda como la frecuencia nos indican las magnitudes de las variaciones de presión por segundo, la velocidad depende de la frecuencia ya que a mayor frecuencia menor es la longitud de onda. 5.4. ¿Puedes cambiar la velocidad de la onda? ¿Qué puedes hacer para producir una onda que se mueve con aproximadamente 1/4 de la velocidad de la ola 1? Si se puede cambiar para eso se tendría que cambiar la longitud de onda así como el periodo. 5,86 𝜔 𝑘′ = = 4 𝑘 𝑘′ 𝜔 = 5,86𝑘 ′ 𝑘 =4k’ 𝑠𝑢𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠 𝜔 + 𝑘

8,97 + 1,53 = 9,86𝑘 ′ 𝑘 ′ = 1,06 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒𝑎

1 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑑𝑟í𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒𝑟 6,24 𝑦 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 4,25 4

5.5. ¿Cómo ha cambiado la velocidad de la onda 1 respecto a la onda 6?, ¿A qué se debe?, ¿concuerda esta variación con la teoría? La velocidad de la onda 1 con respecto a la 6 ha cambiado porque sus periodos son diferentes, así como su potencia y su frecuencia. 5.6. Mencione de que formas puede medir la frecuencia Para medir la frecuencia se puede usar un vibro metro, frecuencímetro cardiaco. 5.7. Describa lo que observó al realizar el procedimiento D. ¿tiene algún nombre técnico, el fenómeno observado? 6. Conclusiones 6.1. Las ondas mecánicas necesitan un medio para propagarse sin embargo las electromagnéticas no, porque pueden propagarse incluso en el vacio. 6.2. La rapidez de propagación de una onda, no depende de λ, ni de su f. Solo de las propiedades elástica de su medio. 6.3. De los datos obtenidos se tiene que la velocidad de la onda se ve afectada principalmente por el aumento o disminución de la amplitud o la frecuencia. De igual forma el periodo variará si esta longitud de onda aumenta o disminuye. 7. Bibliografía...