PRACTICA 5. Velocidad de un pulso.

Experimento 1

Ondas Transversales

 en una Cuerda

I. Objetivos

El estudiante realizará un estudio experimental de la propagación de una onda transversal en una cuerda tensa.

II. Fundamentación Teórica
Clases de ondas                       Ondas Transversales              Análisis dimensional

Las ondas son un medio de transmisión de energía en el cual las partículas no se desplazan grandes distancias. Día con día se puede tener contacto con fenómenos del movimiento ondulatorio: el sonido producido en la laringe de los animales que en incontables ocasiones permite la comunicación, las ondas producidas cuando se lanza una piedra a un estanque, las ondas electromagnéticas producidas por emisoras de radio y televisión, las ondas mecánicas que se desplazan en un medio elástico y que pueden originarse por una perturbación en algún sitio de este y se desplazan gracias a las propiedades del mismo medio, etc. Cuando ocurre un desplazamiento de todas las moléculas situadas inmediatamente en una superficie, aplicando el conocimiento sobre todas las fuerzas que actúan sobre ese medio se puede calcular la velocidad de propagación de las ondas en la superficie de éste. Aún con la diferencia en el mecanismo físico en los distintos movimientos ondulatorios, todos ellos tienen una característica común, son situaciones producidas en un punto del espacio, que se propagan a través del mismo y se reciben en otro punto. Todo aquello referente a ondas es parte de la vida diaria, tenemos que convivir con ellas y tratarlas con la importancia merecida, por lo tanto debemos saber cómo se comportan.


En el movimiento ondulatorio, las partículas no se desplazan en dirección de la onda, solamente oscilan y recorren una pequeña distancia con relación a su posición de equilibrio. Las ondas pueden ser clasificadas de acuerdo a diferentes criterios:

Por la dirección del movimiento de las partículas en el medio donde se propagan, pueden ser transversales si la dirección de su movimiento de propagación es perpendicular a la dirección de vibración, tal como sucede en una cuerda, o las ondas electromagnéticas. Longitudinales si el movimiento es en la misma dirección de la fuerza que las produce, coinciden la dirección de vibración y de propagación, un ejemplo es el del sonido.
Tomando en cuenta al número de dimensiones de su movimiento, quedan entre unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales.
Por periodicidad, el desplazamiento de las ondas con respecto al tiempo.
Y por la forma del frente de onda, dependiendo de cómo estos se presenten, de la imagen que proyecten en su propagación.
En nuestro experimento consideraremos una “cuerda ideal” dependiente de una tensión determinada en ella, que al aplicarle una perturbación de manera perpendicular a la cuerda las ondas que se formen serán transversales. Si tenemos una cuerda sujeta por sus extremos, ésta se encontrará con una cierta tensión, por ejemplo las cuerdas de una guitarra o un cable eléctrico entre dos postes; en nuestro experimento si provocamos una onda sobre esta cuerda debemos conocer: ¿cómo viajará?, ¿con qué velocidad lo hace? y ¿qué variables influyen?



III. Materiales y Montaje Experimental
· 10 m de Hilo                                               Estudiantes traer una cuerda de  
· 10 m de Cuerda elástica                              12m, de unos 5 mm de diametro
· 2 Soportes universales
· 2 Bases tipo A
· Flexómetro de 15 m
· Mordaza
· Polea
· Cronómetro
· Balanza granataria
· Dinamómetro (aprox. 5 N) o Juego de pesas

Figura 1. Montaje experimental.                                        Figura 2. Adquisición de datos.



IV. Reglas de Seguridad

Cuidado: verifica el rango de medición del dinamómetro dependiendo de la cuerda que elijas

Para mayor comodidad usa repelente de insectos.

V. Procedimiento Experimental
Sujetar un extremo de una cuerda a un soporte y el otro pasará por la polea (que está fija al otro soporte, como indican las figuras 1 y 2) en este lado le se colgaran pasas (que generarán la tensión que se propagará a lo largo de la cuerda), ya armado el sistema como indica la figura 1, provoca una perturbación en un lado de la cuerda tendida y mide el tiempo que le toma a esta perturbación viajar por la cuerda. Varía la tensión de la cuerda, agregando pesas.

Calcula la velocidad de propagación de la onda. Recomendación: para tener un promedio mide el tiempo de 10 ondas que lleguen al extremo donde estas.
¿Qué pasa cuando varías la tensión de esta cuerda?, ¿cuál es el periodo y la frecuencia en cada caso?,

Ahora repite el mismo proceso para la otra cuerda.
 - despues de haber probado con las tyres cuerdas contesta, ¿como varia la velocidad del pulso con respecto a la masa de lacuerda?

Como vimos el hilo y la cuerda elástica fueron los medios por los cuales viajó el pulso que generábamos al realizar una perturbación en ese medio sometido a una tensión. El medio colocado entre dos soportes, cada uno sostenido por una base tipo A, serán estos dos puntos en esta situación el punto de inicio y retorno del pulso que generamos (extremos, nodos de la onda).

Luego de medir el periodo de las ondas trasversales viajando por el hilo o la cuerda elástica, se medirá la masa de las cuerdas en la balanza granataria para determinar la densidad de masa lineal de la misma, sólo se medirá el tanto de cuerda que se utilizó para poder obtener nuestro margen de error.



VI. Análisis y Presentación de Resultados
Calcular la densidad de masa lineal de la cuerda.
Trazar la curva de Tensión de la cuerda vs. Velocidad de la onda, para cada cuerda.
Trazar la curva de Tensión de la cuerda vs. (Velocidad de la onda)^2, y comparalo con la densidad de masa lineal para cada cuerda.



VI. Preguntas
1. Cuando una onda viaja por una cuerda que tiene 5 m de densidad de masa lineal diferente a los 5 m restantes de esa misma cuerda, ¿mantiene la misma velocidad de onda en ambos medios? Explica tu respuesta. EXPERIMENTA ESTO CON DOS CUERDAS DIFERENTES

2. En el juego del teléfono con dos vasos y un hilo, ¿cuál es la velocidad del sonido en el hilo? ¿De qué depende esta?