guía de laboratorio de física iii 2013

PR

OF

. E. G

AV

OR

SKIS

& P

RO

F. J

. JIM

N

EZ

EDIC

IN

20

13

LA

BO

RA

TO

RIO

III

DE

FS

ICA

La gua del Laboratorio III de Fsica presenta las experiencias demostrativas de algunos de los contenidos bsicos de fsica moderna. A saber dichos contenidos son ondas electromagnticas, ondas mecnicas, movimiento armnico simple, amortiguamiento, el fenmeno de reflexin y refraccin, resonancia, interferencias, las ondas estacionarias, principios de ptica, el fenmeno de difraccin, la descomposicin de la luz y sus espectros.

UNEFA Ncleo Macaray Escuela de Ingeniera

UNEFA - Ncleo Maracay

PROLOGO Las prcticas del laboratorio de fsica son parte esencial de la asignatura, pues los diversos fenmenos que se

manifiestan en la naturaleza se pueden observar al aplicar el mtodo cientfico sobre un grupo sencillo de

experiencias prcticas que, quizs, permitirn entender las nociones que se imparten en la teora de fsica III;

fundamentos que poseen un alto nivel de abstraccin y complejidad muy por encima de los elementos de fsica I y II.

La asignatura de fsica moderna corresponde al cuarto semestre del plan de estudio de las carreras de

Ingeniera Elctrica, Electrnica y de Telecomunicaciones de la Universidad Nacional Experimental Politcnica de la

Fuerza Armada Bolivariana. El contenido contemplado en el programa est disperso en varios libros que tratan los

temas de oscilaciones, ondas y elementos de la fsica cuntica.

Cada prctica en esta gua de laboratorio se presenta de forma que sea autosustentada por lo cual admite al

autogestin. En ella, se establecen la teora requerida para la comprensin y ejecucin de los experimentos. Se

indican detalladamente los procedimientos, insertando notas especiales sobre aspectos de seguridad cuando stas

son requeridas. Se mantiene los tradicionales espacios sealados para asentar los resultados y se despliega un grupo

de preguntas en fin de profundizar en el objetivo de estudio y promover la investigacin.

La gua de laboratorio de fsica III consta de diez prcticas propuestas, las cuales son: (1) Seguridad en el

Laboratorio, (2) Pndulos Simples, (3) Ondas Mecnicas Amortiguadas (Pndulo de Pohl), (4) Estudio de ondas

(circuitos elctricos RLC), (5) Ondas estacionarias (aparato de Melde), (6) Medicin de la velocidad del sonido, Lser:

Reflexin y refraccin, (7) Interferencia y difraccin en lquidos, (8) Descomposicin de la luz, (9) Sistemas pticos

desde ranuras mltiples hasta redes: interferencia y difraccin, (10) Redes de difraccin reflectantes CDs & DVDs.

Este manual de laboratorio presenta una modesta primera versin que se publica quizs de manera acelerada

como borrador dada la imperiosa necesidad, no obstante se trata de un texto elaborado con paciencia y sacrificio,

que aun siendo un tanto tosco, espero siga mejorando a fin de propiciar a nuestros estudiantes un material cada vez

mejor.

En tal sentido, son los sinceros deseos del autor qu esta modesta contribucin sirva de apoyo para una

mejor formacin del egresado universitario en el rea para el cual est destinado.

La presente gua de laboratorio fue posible gracias al impulso y apoyo combinado de la Coordinacin de

Ingeniera Elctrica y a la Unidad de Laboratorio, en especial al valioso recurso humano con el cual he compartido

apasionados debates.

Deseo expresar mis agradecimientos de manera especial y sincera al profesor Juan Jimnez por todo el

invaluable apoyo, orientacin y todas las facilidades prestadas para el desarrollo de este proyecto, sea dicho adems

que es un amigo excepcional y un profesional dedicado.

Se agradece la ayuda recibida por todas las personas que, de una forma u otra, contribuyeron a que esta gua

de laboratorio se escribiera.

Finalmente, el autor estara muy agradecido si los lectores le hacen llegar las fallas encontradas en su lectura,

esto contribuira a mejorar el texto en futuras ediciones.

Ing. Enrique E. Gavorskis S.


REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA NCLEO MARACAY LABORATORIO III DE FSICA

INFORMACIN GENERAL La planificacin educativa permite por un lado, reducir el nivel de incertidumbre y, por otro, anticipar lo que

suceder en el desarrollo de la clase, otorgando rigurosidad y coherencia a la tarea pedaggica en el marco de un

programa.

En tal sentido, humildemente se propone un plan de evaluacin estndar, que si bien no es de carcter

obligatorio es recomendado por el autor, que ha experimentado en su trayectoria resultados favorables con su

implementacin.

PLAN DE EVALUACIN (opcional) En este apartado discute fundamentalmente la planificacin del laboratorio.

Tabla 1. Plan de Evaluacin Recomendado.

ESTRATEGIA DE EVALUACIN PONDERACIN

Informes de Laboratorio 40

Prueba Terico Prctica 1 20

Prueba Terico Prctica 2 20

Proyecto 20

Sobre la organizacin del proyecto se puede indicar que el proyecto se concluye al final del semestre y consta de dos

fases:

Elaboracin del Anteproyecto. Etapa de planificacin donde se plantea un problema, se discute y propone

soluciones.

Elaboracin y ejecucin del proyecto. Comprende la realizacin concreta del proyecto. En el ltimo da de

clases se presenta el informe final y una exposicin breve sobre el trabajo realizado.

A manera de ejemplo, una posible propuesta de proyecto puede ser el diseo e implementacin de un

estroboscopio.

Por otro lado, sobre el informe de laboratorio se recomienda seguir el manual de estilo y presentacin de

informes de laboratorio anexo al presente documento.

Sea dedicado con la elaboracin del informe de laboratorio y mejore su comunicacin escrita; por todos es

conocidos que a lo largo del ejercicio profesional de la ingeniera, un ingeniero de acuerdo al campo laboral, tendr

que redactar diferentes tipos de informes tcnicos, tales como informes de prueba y recepcin de equipos, informes

de mantenimiento, informes de investigacin de fallas en equipos y sistemas, reportes de accidentes personales o

UNEFA - Ncleo Maracay proyectos de desarrollo. Actualmente, muchas empresas se quejan de la comunicacin ineficiente de sus empleados,

as pues, se les insta a aprender el arte de escribir un informe tcnico, emplear las tcnicas y mtodos descritos en

esta gua, estamos seguros que le ayudarn a mejorar su comunicacin escrita.

Ahora bien, recuerde que cada personas tiene una forma peculiar de expresar ideas, presentarlas y redactar

un informe tcnico, lo escrito en este texto plantea una serie de recomendaciones que le ayudarn a tener xito,

pero no se tratan de reglas inflexibles, ni quiere decir con ello que sean la mejor y nica forma de llevar a cabo con

xito la composicin del informe, por ello, no quiere decir que debe dejar de reflejar su propia originalidad y

personalidad en su trabajo. Por ultimo y no menos importante, el producto final depender de la organizacin que lo

solicite, quedando el autor obligado a cumplir con las normas establecidas, en consecuencia un informe de

laboratorio quedar sujeto a las reglas que establezcan el jefe de la coordinacin de la catedra de fsica de la UNEFA

ncleo Maracay.

LABORATORIO DE FSICA Y LA FORMACIN DEL INGENIERO Los pensum de estudios de ingeniera constan invariantemente del lugar geogrfico en el que se encuentre de

dos ejes fundamentales dentro del ciclo bsico de la carrera y especialidad, estos pilares elementales son Matemtica

y Fsica, por ello una carga importante de asignaturas estn destinadas a estudiar y profundizar sobre digas temticas.

Ahora bien, la enseanza de la fsica requiere de una amplia variedad de experiencias prcticas que permitan

al estudiante evidenciar y comprender los fenmenos, que en ocasiones poseen un alto grado de abstraccin o

complejidad, estas actividades guiadas en un ambiente controlable bajo los principios de la observacin cientfica

buscan en primera instancia consolidar la teora tratada en clase, no obstante, tambin tienen un factor motivacional

importante.

Finalmente, si comprendemos que la ingeniera es una ciencia fisicomatemtica aplicada, queda clara la

importancia que posee aprender apropiadamente los conceptos y leyes de fsica, y, por ende la urgencia de propiciar

experiencias prcticas de alto nivel de profundidad.

MATERIALES Y TILES QUE REQUIERE EL ESTUDIANTE Aunque cada prctica establece la lista de equipos que se requieren para la realizacin de los diversos

ensayos o experimentos, es pertinente que el estudiante cuente en toda prctica con los siguientes elementos:

Calculadora

Papel milimetrado (10 hojas)

Papel semilogartmico (3 hojas)

Papel bilogartmico (2 hojas)

Juego de geometra, lpiz o portaminas, borrador.


NORMAS DEL LABORATORIO DE FSICA

Generales

- Las clases de laboratorio tienen dos (2) horas acadmicas de duracin.

- La hora de comienzo de actividades es estrictamente la hora sealada en el horario de clases.

- Las actividades de los estudiantes estarn bajo la responsabilidad de un profesor o auxiliar tcnico, el cual puede

contar con el apoyo de un preparador.

- El uso y el prstamo de equipos y materiales del laboratorio son controlados por el asistente del laboratorio.

Normas con relacin a los estudiantes

El plazo mximo de entrega de trabajos (informes, asignaciones, etc.) ser de una semana a partir de la fecha

de ejecucin de la prctica.

Los estudiantes deben hacer uso apropiado de los materiales y equipos que le sean suministrados; los cuales

debern devolver al finalizar la prctica. Cualquier dao o prdida ser su responsabilidad.

En cuanto a higiene y seguridad se deben cumplir las siguientes indicaciones:

1) Mantener el sitio de trabajo ordenado y limpio.

2) No conectar circuitos elctricos sin la autorizacin del profesor o preparador.

3) Al realizar un experimento no bromear ni distraerse con otros compaeros, este comportamiento podra

ocasionar actos inseguros.

4) Evite cuando se trabaja con electricidad el choque o sacudida elctrica. Riesgo comn pero serio que ocurre

cuando la corriente elctrica pasa a travs del cuerpo humano, por lo que es de vital importancia romper el

contacto de la vctima con la fuente de electricidad. Haga lo anterior usando un objeto aislador, tal como

ropa, cuero, madera seca, goma, etc. No toque a la vctima con las manos desnudas ya que ese contacto

instantneo puede ser mortal si la intensidad de la corriente es alta, valores de 100 mA en adelante son altos.

5) Comprtese de una manera responsable en todo el momento en el laboratorio.

6) La informacin del laboratorio y procedimientos de seguridad debe ser ledo con anterioridad.

7) Comer, beber, maquillarse, la manipulacin de lentes de contacto y otras actividades peligrosas no estn

permitidas en el laboratorio.

8) Trabajo en el laboratorio sin la presencia del instructor est prohibido.

9) Conocer las salidas de emergencia.




PRCTICA NMERO 01 SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

OBJETIVOS 1. Familiarizar al estudiante con la seguridad en un laboratorio donde se realicen experiencias con

electricidad

2. Familiarizar al estudiante con la seguridad en un laboratorio donde se realicen experiencias con

materiales radiactivos.

3. Familiarizar al estudiante con la seguridad en un laboratorio donde se realicen experiencias con

emisores de laser.

INTRODUCCIN En esta primera prctica de laboratorio se pretende abordar en trminos generales diversos aspectos

concernientes a la seguridad en el laboratorio, tan necesarias para el sano desenvolvimiento de las prcticas futuras.

En tal sentido, se recomienda profundizar en la lectura propuesta en el siguiente marco terico y seguir las

indicaciones del docente y asistente de laboratorio.

MARCO TERICO

Seguridad

Cuando se trabaja en el laboratorio elctrico o cuando se emplea equipo elctrico, el seguir las precauciones

adecuadas de seguridad es tan importante como llevar a cabo mediciones exactas. Existen peligros potencialmente

mortales en el ambiente del laboratorio elctrico, y si no se siguen con cuidado procedimientos de seguridad, se

puede ocasionar que el lector o algn compaero sea victima de un accidente serio. El mejor modo de evitar

accidentes es reconocer sus causas y apegarse con cuidado a los procedimientos de seguridad bien establecidos. Una

completa concientizacin acerca de los peligros y a las consecuencias posibles de los accidentes ayuda a desarrollar la

motivacin adecuada para seguir esos procedimientos.

Es importante sealar, que en la norma venezolana COVENIN 3661-2004 (pgina 5) hace mencin de la

Evaluacin de la amenaza y la define como el proceso mediante el cual se determina la probabilidad de ocurrencia

de un evento que puede afectar en forma adversa a componentes expuestos y en un rea especfica. Igualmente, en

el mismo documento (norma COVENIN 3661-2004) (pgina 6) se define al riesgo como la probabilidad que se

generen consecuencias econmicas, sociales o ambientales en un sitio particular y durante un tiempo de exposicin

determinado. Se obtiene de relacionar la amenaza con la vulnerabilidad de los elementos expuestos. En tal sentido,

UNEFA - Ncleo Maracay a continuacin se presentan algunas nociones bsicas que le ayudarn, si las cumple correctamente, a realizar sus

experiencias y prcticas de laboratorio de manera segura y exitosa.

Evaluacin del Nivel de Riesgo

Tabla 1.1. Matriz de Anlisis de Riesgo

Frecuencia

Frecuente Posible Ocasional Remoto Improbable

Gra

ved

ad Severa

Alta

Moderada

Baja

Riesgo Alto Necesita alta proteccin y toma obligatoria de acciones.

Riesgo Medio Necesita proteccin bsica, que se ampla segn criterio del ingeniero.

Riesgo Bajo Se puede asumir el riesgo o instalar proteccin.

El peligro ms comn y ms serio en laboratorios elctricos es el choque elctrico. Otros peligros que tambin

deben tomarse en cuenta comprenden el empleo de sustancias qumicas peligrosas, maquinaria en movimiento y

cautines.

Choque elctrico

Cuando la corriente elctrica pasa a travs del cuerpo humano, el efecto que origina se llama choque

elctrico. El choque elctrico se puede dar de forma accidental debido a un mal diseo del equipo, fallas elctricas,

error humano o a una combinacin de circunstancias desafortunadas. El aspecto letal del choque elctrico est en

funcin de la cantidad de corriente que pasa a travs del cuerpo y del tiempo. No depende tan solo del valor del

voltaje aplicado. Puede ser tan mortal un choque de 100 voltios como uno de 1000 V.

Por ejemplo esta ecuacin predice que una corriente de 100 mA debe pasar durante aproximadamente 1.3

segundos antes de que se le considere fatal en trminos probabilsticos. Por lo tanto, en este caso el slo rozar un

conductor energizado puede ser desagradable, pero lo ms probable es que no sea fatal.

Los voltajes de corriente directa son en extremo peligrosos, porque la corriente penetra a los msculos y a los

nervios del cuerpo aun con mayor facilidad que la corriente de 60 Hz. Esto provoca quemadoras ms severas y ms

profundas en la carne. Los tableros de distribucin grandes (el equivalente industrial del tablero de interruptores

termomagnticos residenciales) son muy peligrosos debido a la gran cantidad de energa que pueden suministrar sus

conductores en caso de una falla (por ejemplo al poner en corto circuito accidentalmente a dos conductores o un

conductor a tierra). Muchos electricistas ha tenido desgracias graves al haber volado literalmente ms de 6 metros

como resultado de fallas con arqueo. Las corrientes en esas fallas pueden ser lo suficientemente grandes para

vaporizar los fluidos de una extremidad, ocasionando una explosin de vapores dentro de ella.


Tabla 1.2. Efectos de varios niveles de corriente en el cuerpo humano producidos por un choque elctrico a 60 Hz en una persona promedio a travs del cuerpo. Cortesa de Hewlett-Packard Co.

INTENSIDAD DE CORRIENTE CONTACTO DURANTE 1 S

EFECTO

1 mA Umbral de percepcin 5 mA Intensidad mxima de corriente aceptada como inofensiva 10 20 mA Corriente a la que se puede soltar una persona electrificada antes de una contraccin muscular

sostenida. 50 mA Dolor. Posible inconsciencia, desvanecimiento, lesiones mecnicas. Continua funciones del

corazn y respiratorias. 100 300 mA Comienza la fibrilacin ventricular, pero el centro respiratorio permanece intacto. 6 A Contraccin sostenida del corazn seguida de ritmo cardiaco normal. Parlisis respiratoria

temporal. Quemaduras si la densidad de corriente es alta.

El voltaje necesario para que fluya un nivel fatal de corriente a travs del cuerpo humano puede variar. Su

valor depende de la resistencia de la piel en el punto de contacto. La piel hmeda puede tener una resistencia tan

baja como 1 k, mientras que la piel seca puede alcanzar hasta 500 k. (Una vez que la corriente pasa hacia el

cuerpo, la resistencia es mucho menor, debido a la conductividad de los fluidos corporales). As, un potencial de 100

V aplicado a la piel hmeda puede ser fatal. En efecto, aun 50 V bajo ciertas condiciones puede ser tan mortal como

5000 V. Adems, la resistencia de la piel decae rpidamente cuando la corriente de para a travs del punto de

contacto, porque la corriente descompone la capa protectora y seca la piel externa. Esto hace que sea importante

romper el contacto con el conductor vivo tan pronto como sea posible. Debido a que el voltaje en el punto de

contacto por lo general permanece constante y como la resistencia disminuye la corriente puede crecer rpidamente

hasta un nivel fatal.

Debido a que los umbrales admisibles de los seres humanos, tales como el paso de corriente 1.1 mA, o bien la

de reaccin a soltarse a 10 mA y de rigidez muscular o fibrilacin a 25 mA son valores de corriente relativamente

muy bajos; la superacin de dichos valores puede ocasionar accidentes como la muerte o la prdida de algn

miembro o funcin del cuerpo humano.

Otros peligros del laboratorio elctrico

Al emplear herramientas motorizadas, como por ejemplo taladros o sierras, tambin se debe tener cuidado

para evitar heridas graves. Las herramientas elctricas no deben ser operadas, a menos que se tengan sus

instrucciones de operacin. Adems, la ropa o el cable sueltos pueden quedar atrapados en maquinaria en

movimiento y no deben usarse cuando se maneje este tipo de equipo. Por ltimo se debe usar siempre anteojos de

seguridad o gafa al taladrar o cortar con herramientas elctricas.

El cautn es otro instrumento que puede causar accidentes si se emplea en forma descuidada. Los cautines

calientes desatendidos pueden quemar a personas desprevenidas o que pueden prender fuego a sus alrededores.

Para evitar accidentes con cautines, colquese siempre el cautn en su receptculo cuando no se est soldando.

Tambin, asegrese de apagar los cautines despus de usarlos.

UNEFA - Ncleo Maracay Al emplear los solventes de limpieza (como tricloroetileno) o sustancias qumicas corrosivas (verbigracia,

cidos en los laboratorios de semiconductores), se debe tener cuidado en su uso y la forma de desecharlas. Se deben

emplear campanas extractoras bien ventiladas al trabajar con estas sustancias para eliminar los humos corrosivos o

venenosos. Se deben emplear guantes, ropa especial y gafas para protegerse contra las salpicaduras y contaminacin

de sustancias qumicas. Cuando se tiran las sustancias corrosivas en los drenajes, se debe permitir que fluya un gran

volumen de agua para diluir sus propiedades peligrosas. En caso de derrames de cidos, enjuguese el drenaje con

bastantes cantidades de agua.

Normas de Seguridad

1. Nunca se debe trabajar solo. Asegrese que haya otras personas en el laboratorio a quienes recurrir en caso de

accidente.

2. sense solo instrumentos y herramientas elctricas que tengan cables de corriente con tres conductores

3. Antes de manipular conductores, desconctese siempre la corriente.

4. Revsense todos los cables de corriente para ver si tienen seales de deterioro. Cmbiese o represe lo

conductores y las puntas de prueba daadas.

5. sese siempre zapatos. Mantenga secos sus zapatos. Evtese estar parado sobre metales o concreto muy mojado.

(Estas precauciones evitan que se convierta uno en un trayecto de baja impedancia a tierra.)

6. Nunca se debe operar los instrumentos elctricos con la piel mojada, la humedad disminuye la resistencia de la

misma y permite que fluya mayor cantidad de corriente a travs del cuerpo.

7. Nunca se deben dejar desatendidos los cautines calientes. Mantnganse en depsitos o soportes cuando no se

este soldando.

8. Nunca se debe usar ropa suelta cuando se este cerca de maquinaria sese siempre gafas de seguridad al utilizar

sustancias qumicas o herramientas motorizadas.

9. Conctese siempre al ltimo el cable o la punta de prueba al punto de potencial alto, esto es, no se conecte

primero el conductor al lado vivo del circuito porque se terminara sujetando al elemento energizado.

Los procedimientos del laboratorio para el manejo de material radiactivo

1. Para prevenir contaminacin accidental por materiales radiactivos en el organismo, deben mantenerse normas

de altas limpieza y el asistente de laboratorio junto con el profesor deben tener mucha precaucin en todos los

laboratorios donde est presente el material radiactivo.

2. Los visitantes no se permiten sin la aprobacin del supervisor del laboratorio.

3. Lavarse las manos y los brazos completamente antes de ocuparse de cualquier objeto que vaya de la boca, nariz,

u ojos (Ej., cigarros, los cosmticos, las comidas.) Cuide que las uas estn cortas y limpias.

4. Se debe desalentar con firmeza el fumar y comer en los laboratorios con radioistopos. No se usaran juntamente

los refrigeradores para las comidas y los materiales radiactivos.

UNEFA - Ncleo Maracay 5. Se recomienda uno o ms periodos de pruebas de antemano con los materiales non-radiactivos para los nuevos

procedimientos y el nuevo personal para probar efectividad de procedimientos y equipo.

6. Use blindaje en la medida de lo posible.

7. No trabaje con los materiales radiactivos si hay un defecto en la piel debajo de la mueca.

8. Siempre use los guantes al manejar ms de unos cientos de cuentas por minuto. El uso de la ropa protectora

(ropa de laboratorio, mascaras, tapas del zapato) tmelo como necesario.

9. Obreros de tritium (tambin conocido como tritio, es un istopo radiactivo de hidrgeno): Requiere de cambio

regulares de los guantes, un promedio de cada hora si el trabajar se expone a 50 cures o ms. NOTA: El curie es

una antigua unidad de radiactividad (de smbolo Ci), nombrada as en homenaje a los fsicos y qumicos Pierre y

Marie Curie. Dicha unidad fue remplazada posteriormente por el becquerel (1 Ci = 3.7000 1010 Bq).

10. Nunca tome la pipeta por la boca. Use bombillas de caucho, jeringas, o los dispositivos mecnicos.

11. Limpie los derramamientos menores inmediatamente. Para los derramamientos mayores siga los procedimientos

de la emergencia.

12. Siempre que sea posible, las operaciones de, los materiales radiactivos deben realizarse en una campana, caja

seca, o algn otro tipo de sistema cerrada. Los manejos de los materiales susceptibles a la distribucin

atmosfricas, como hervir, evaporar, destilar o airear, deben hacerse en un recinto cerrado con un flujo de aire

de aproximadamente 100 pies lineales por minuto. Los trabajos con actividades con ms de pocas horas de vida

media, debe hacerse encima de una bandeja. Trabajar con polvo finamente dividido debe hacerse en una

capucha o en sistema cerrado.

13. La mesa y topes de los bancos deben ser un material no poroso resistente a los qumicos. Se cubrirn las

superficies activas con papel absorbente sin tener en cuenta el tipo de superficie.

14. Cuando termina el trabajo, cada persona limpiar su propia rea de trabajo y pondr en orden para disposicin o

almacenamiento apropiado de materiales radiactivos y equipo.

15. No deben permitirse el uso de bombas de vacio usadas en sistemas que contienen los radioistopos para algo

distinto que ese.

16. Los drenajes y descargas no deben desembocar cerca de ventanas o las aberturas de la succin de los edificios.

17. Los laboratorios proporcionarn los recipientes desechados radiactivos especiales, estos llevarn las palabras

Precaucin, Basura radiactiva, Y una advertencia a los que manipulen el recipiente.

18. Los que hacen la limpieza no deben no deben tocar los bancos e instrumentos, etc., pero deben permitir solo

limpiar suelos y ventanas. El personal del laboratorio es responsable por resto de la super5visin.

19. Las reparaciones de la plomera, etc., no debe emprenderse a menos que la seccin de seguridad de radiacin se

haya notificado.

20. Cuando use y almacene materiales radiactivos, notifique a la seccin de seguridad de radiacin que debe hacer

un estudio terminal antes de que un rea pueda soltarse para otros usos.

UNEFA - Ncleo Maracay Clasificacin de las Emisiones Lasers

Clases de Laser (adaptado de ANSI Z- 136.1-1993*)

Clase 1

1. No capaz de sobrepasar la clase 1 de AEL.

2. La mayora de los lseres en esta clase son lseres que estn

Clase 2

1. Los lseres en la regin visible de espectro que no excedan la clase 1AEL para la exposicin menos de o

igual 10E3 s.

2. La salida del lser no se considera que el rendimiento es visto.

3. Un ejemplo de un lser clase 2 es un escner de punto de venta de supermercado.

Clase 2

1. Todos los lseres clase 2 estn en la regin visible del espectro.

2. Lseres de onda continua que pueden emitir potencia radiante accesible que excede la clase 1 AEL para

la mxima duracin inherente en el laser, pero no exceda de 1 mW

3. Lseres pulsados que pueden emitir potencia radiante accesible que excede la clase 1 AEL para la

mxima duracin inherente en el laser, pero no exceda la clase 1 AEL para una exposicin de 0.25 s.

Clase 3

1. Tiene salida que es mayor que o igual a 5 veces la clase 2 AEL.

Clase 3b

1. Onda contina entre los lmites de la clase 3 y 500 mW.

2. Pulso repetitivo la energa radiante entre 30-150 mJ por pulso para espectro visible e infrarrojo, por otra

parte, mayor que 125 mJ por pulso; potencia promedio menor que 500 mW.

3. Los lmites exceden la clase 3b.

Para informacin especfica sobre la clasificacin de riesgo de lser, refirase a ANSI Z136.1-1993.

MATERIALES Y EQUIPOS DE PREVENCIN CONTRA ACCIDENTES ELCTRICOS

(a) Generalidades

La mejor forma de prevenir los accidentes personales y daos a los bienes es cumpliendo con lo establecido en

este Cdigo en la ejecucin de nuevas instalaciones, utilizndolas para el fin que fueron diseadas y mantenerlas en

buenas condiciones de conservacin, es decir seguras que no impliquen peligro para las personas.

En los lugares en que sea posible el acceso del pblico y de personal no autorizado, el equipo elctrico ser

instalado y protegido de forma tal que se tenga en cuenta la seguridad de las personas y de los bienes.

UNEFA - Ncleo Maracay (b) Proteccin de Partes Desnudas Energizadas

Las partes desnudas sern protegidas contra un contacto accidental por medio de:

Gabinetes aprobados u otras formas de recintos.

Habitaciones, bvedas o reas cerradas similares debidamente aprobadas accesibles slo a personal calificado.

Cercos u otras barreras aprobadas dispuestas alrededor de las plantas u otras instalaciones exteriores.

Estructuras elevadas que limiten el acceso de manera estricta a todo personal no calificado.

(c) Avisos de Seguridad

Los accesos a habitaciones, bvedas, gabinetes, plantas y a otros recintos similares que alojen equipos o partes

desnudas energizadas deben ser marcados con avisos de advertencia visibles que prohban la entrada.

- Avisos de seguridad temporal o permanente deben ser ubicados de manera visible para informar a las personas

sobre un peligro especfico.

- Los avisos deben ser normalizados en tamao, color y texto y podran incluir el nivel de tensin existente as como

un peligro especfico.

- El texto debe incluir la palabra Peligro asociada a un smbolo y deben poder leerse desde aproximadamente

quince metros.

- Deben ubicarse avisos para indicar peligros elctricos especficos:

- En cercos que rodean las plantas y los patios de llaves

- En puntos de entrada a la instalacin o recintos (puertas).

- En equipo subterrneo tal como transformadores o tableros, paneles o equipo de maniobra.

- En entradas a recintos de medicin.

- En entradas a recintos elctricos.

(d) Estructuras Elevadas

A pesar que es poco probable el acceso de personas no autorizadas a estructuras elevadas con riesgo elctrico, debe

considerarse si se va a ubicar avisos de advertencia (peligro) en reas densamente pobladas.

(e) Colocacin

Los avisos deben ser colocados previa consulta con el responsable de seguridad del rea de trabajo.

Nota Importante: Los avisos debern ser ubicados de manera que sean visibles y que den suficiente tiempo a las

personas para reaccionar.

UNEFA - Ncleo Maracay Conexiones a Tierra

Importancia de las conexiones a tierra

Los conceptos de tierra y conexin a tierra son bsicos e integrales, en el diseo de sistemas de mediciones

elctricas, se deben comprender bien estos conceptos para la comprensin adecuada de estos sistemas. Sin embargo,

con frecuencia no se definen con claridad las conexiones a tierra durante el entrenamiento del estudiante. Como

resultado de esto se puede terminar trabajando con sistemas de medicin que no estn aterrizados correctamente, si

estas situaciones conducen a mediciones errneas tambin se pueden desarrollar una confusin subsiguiente acerca

de porque existen el error.

Como regla general, piense que:

Antes de manipular o trabajar en equipos o en lneas elctricas debe verificarse su estado elctrico. Tenga en

mente que el propsito de la puesta a tierra es asegurar que el personal no sea expuesto a descargas elctricas

peligrosas, por otro lado, existen numerosos equipos que estn disponibles para personal calificado y para el pblico

en general que sirven de elementos de proteccin.

Conexin a tierra

Como todas las mediciones de diferencia de potencia (voltaje) son relativas, el nivel de voltaje de cualquier

punto en un circuito siempre se debe comparar con algn nivel de referencia. Esto significa que debe haber un nivel

de voltaje en un punto que se define como el voltaje de referencia. Generalmente, al nivel de referencia se asigna un

valor de voltaje cero y se le conoce como tierra del circuito o punto comn del sistema, este puede ser una tierra

fsica una tierra de las carcasas de los equipos o los puntos convenientes en el circuito.

POST-LABORATORIO 1. Escriba un resumen de los conceptos bsicos que aparecen en la norma COVENIN 3661-2004.

2. A nivel industrial, explique algunos de los convenios de smbolos y colores comnmente utilizados para designar

peligros.

REFERENCIA [1] Laser Hazard Classification. Laser Safety. UIUC Division of Envormental

[2] University of Illinois at Urbana-Champaing. Health and safety. Fecha de Elaboracin: 06/06/1999. Manual

disponible en lnea http//WWW.ehs.uiuc.edu/rad/manual/lab_proc.html. Fecha de consulta: 18/02/2010.

[3] UNEFA. J. Molleja. Gua de Laboratorio de Fsica IV (modalidad trmino). Venezuela. 2000.

[4] COVENIN 3661-2004



POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA NCLEO MARACAY

COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA LABORATORIO III DE FSICA

PRCTICA NMERO 02 PNDULOS SIMPLES

OBJETIVOS 1. Comprender el origen fsico de la ecuacin diferencial del oscilador armnico simple.

2. Estudiar las oscilaciones del pndulo simple y determinar las simplificaciones que deben hacerse para que dichas

oscilaciones puedan ser descritas como un movimiento armnico simple (m.a.s).

3. Determinar la dependencia del periodo de oscilacin del pndulo simple con los parmetros fsicos del sistema.

INTRODUCCIN En esta prctica de laboratorio se estudiar al pndulo simple, que puede simular a l ms simple de los

movimientos peridicos, aquel que se repite con la misma amplitud, dentro del mismo periodo de tiempo,

movimiento conocido como armnico simple (m. a. s) si se consideran nulas las prdidas. No obstante, al estudiar en

el laboratorio el pndulo simple se requiere introducir en las nociones del movimiento definido por la masa un factor

que describe la atenuacin (que siempre se presenta en sistemas reales) de la amplitud de dichas oscilaciones,

Matemticamente la inclusin de estos factores genera la ecuacin diferencial armnica con amortiguamiento y la

ecuacin diferencial armnica con amortiguamiento no homognea, respectivamente. [1] En consecuencia, la

prctica intentar introducir al estudiante en los fundamento del movimiento armnico simple con amortiguamiento.

MARCO TERICO Un pndulo simple consiste de una masa puntual (casi siempre esfrica para minimizar las prdidas de

amplitud causadas por la friccin con el aire) suspendida por el extremo inferior de un cuerda de longitud fija, peso

despreciable y presuntamente inelstica. Cuando la masa se retira de su posicin de equilibrio y se deja bajo la accin

del campo gravitacional terrestre, ella inicia oscilaciones alrededor de su punto de equilibrio, punto que corresponde

con la posicin de energa de potencial mnima.

Para construir el modelo simplificado del sistema suponemos que las nicas fuerzas que actan sobre el

cuerpo de masa m son el peso y la tensin de la cuerda, es decir, ignoramos la friccin y la reaccin de posibles ondas

de presin emitidas al aire circundante. Tambin a medida que el pndulo oscila, la fuerza ejercida por la masa en el

extremo interior cambia, suponemos entonces que todos los puntos de la cuerda se enteran simultneamente de

cambio, aunque nosotros sabemos que cualquier perturbacin requiere un tiempo finito para propagarse de un

punto a otro. Entonces al comparar experimentales con predicciones tericas es necesario tener presente que

nuestro modelo es simplificado y por tanto limitado.

UNEFA - Ncleo Maracay Ecuacin de movimiento

Aplicando la segunda ley de Newton a la masa oscilante

Al utilizar la segunda ley de Newton aplicada a sistemas rotativos obtenemos

Estas ecuaciones aparentemente simples son en realidad ecuaciones diferenciales no lineales pues contienen

las funciones trigonomtricas y , que no son lineales en la variable .

Ahora bien, es posible concebir como restriccin que la variable se mantiene en valores relativamente

pequeos y haciendo uso del desarrollo de las series de potencia de Taylor, discriminando las potencias iguales o

superiores a tres, se obtiene:

( ) ( )

( )

Luego, si la amplitud del ngulo desplazado es lo suficientemente pequeo como para justificar que la

aproximacin sea cierta, se logra simplificar la expresin a la forma:

Finalmente, al despejar, se obtiene:

Dicha ecuacin es conocida como ecuacin caracterstica o natural de un sistema no amortiguado, desde la

perspectiva matemtica se refiere a una ecuacin diferencial ordinaria homognea, donde la variable de inters

depende exclusivamente del tiempo, la ecuacin es lineal y los parmetros de peso que definen a los coeficientes son

invariante en el tiempo, es decir, ni la gravedad ni la longitud de la cuerda varan con el tiempo. Finalmente, se puede

UNEFA - Ncleo Maracay asegurar que se trata de una ecuacin de segundo grado por el mximo orden de la derivada presente en la ecuacin

caracterstica.

La solucin para el armnico fundamental es:

( ) ( )

Donde, la expresin anterior describe el movimiento armnico simple (m. a. s) al que se somete el pndulo y

es la frecuencia natural del sistema y se define como:

Es importante sealar que las constante arbitrarias y pueden ser determinadas una vez sean fijadas las

condiciones iniciales del caso en estudio, el valor ( ), corresponde al ngulo de desplazamiento inicial y, por

otro lado, la velocidad angular inicial ( )

es nula. Adems, con la consideracin anterior de un ngulo pequeo,

la frecuencia y el periodo del pndulo son independientes de la amplitud del ngulo de desplazamiento inicial.

MATERIALES Descripcin Cantidad

Masas 3

Soportes 1

Cuerdas 3

LABORATORIO

ACTIVIDAD NMERO 01

Un pndulo simple. Saque el pndulo del equilibrio un ngulo que satisfaga la condicin de linealidad del

pndulo simple y djelo caer libremente. Tome la medicin del tiempo que tarda el pndulo en realizar cinco

oscilaciones completas. Repita la medicin anterior por lo menos cinco veces para el mismo ngulo inicial, registre en

la tabla 1.

Tabla 2.1. Experimento de pndulo simple de masa de m1, m2 y m3, longitud de la cuerda L1 y ngulo de inicio 1.

Medicin

m1 m2 m3

Tiempo de 5 oscilaciones [s]

Periodo [s] Tiempo de 5

oscilaciones [s] Periodo [s]


Periodo [s]

1

2

3

4

5

Promedio

Repita el procedimiento anterior para tres valores diferentes de la longitud de la cuerda del pndulo.

UNEFA - Ncleo Maracay Tabla 2.2. Experimento de pndulo simple de masa de m1, longitud de la cuerda L1, L2 y L3 con ngulo de inicio 1.

Medicin

L1 L2 L3





Periodo [s]

1

2

3

4

5

Promedio

Repita el procedimiento anterior para tres valores diferentes del ngulo de arranque.

Tabla 2.3. Experimento de pndulo simple de masa de m1, longitud de la cuerda L1 con ngulo de inicio 1, 2 y 3.

Medicin

1 2 3





Periodo [s]

1

2

3

4

5

Promedio

POST-LABORATORIO

1. Hasta que ngulo se considera apropiada la aproximacin de pequeas oscilaciones?

2. Cmo se puede obtener la solucin de la exuacin diferencial del oscilador armnico simple?

3. Con los datos de la tabla 2.1, determine el promedio del perodo de oscilacin del pndulo y comprelo con el

valor calculado a partir de la ecuacin

4. Calcule el porcentaje de error entre los dos valores obtenidos.

5. Con los valores promedio del periodo calculado para cada caso, obtenga las expresiones matemticas de los

m. a. s.

6. Qu concluye sobre la dependencia del periodo de oscilacin del pndulo con la masa del cuerpo oscilante y

la longitud de la cuerda?

7. Realice una grafica del cuadrado del periodo vs longitud de la cuerda y utilizando regresin lineal determine

el valor de la aceleracin de la gravedad en el laboratorio.

8. A partir de los datos obtenidos en la segunda parte analice que aproximacin se est violando o que

condicin fsica deja de cumplirse y como se ve esto reflejado en los porcentajes de error entre el periodo de

oscilacin determinado experimentalmente y el predicho por el modelo de pequea oscilaciones.

UNEFA - Ncleo Maracay REFERENCIA

[1] Flor Alba Vivas. Manual de laboratorio de Oscilaciones y Ondas. Departamento de Fsica y Geologa.

Universidad de Pamplona.

[2] UNEFA. J. Molleja. Gua de Laboratorio de Fsica IV (modalidad trmino). Venezuela. 2000.

[3] Jess Fraile Mora. Electromagnetismo y Circuitos Elctricos. 4ta edicin. MacGrawHill. Madrid. 2005.

[4] Gettys, Keller y Skove. Fsica para ciencias e ingeniera. Tomo II. Segunda Edicin. McGrawHill.

[5] Acosta, Cowan y Graham. Curso de Fsica Moderna. Editorial Harla. Mxico. 1975.

[6] Serway. Fsica. Tomo II. McGrawHill. Cuarta Edicin. Mxico. 1997.

[7] Halliday y Resnick. Fsica. Edicin Combinada. Partes I y II. CECSA. Mxico. 1976.




PRCTICA NMERO 03 ONDAS MECNICAS AMORTIGUADAS

OBJETIVOS 1. Estudiar el movimiento oscilatorio libre y el amortiguado mediante el pndulo de Pohl.

2. Determinar las frecuencias caractersticas de las oscilaciones libres.

3. Calcular el decrecimiento exponencial de amplitud en las oscilaciones amortiguadas.

4. Graficar las curvas de las oscilaciones para diferentes valores de amortiguamiento.

INTRODUCCIN En esta prctica se estudiar otro caso sobre la naturaleza de las ondas mecnicas. En esta ocasin se

evaluar el movimiento armnico simple: movimiento con oscilaciones de torsin libre y amortiguada en un

dispositivo conocido como pndulo de Pohl, al cual se someter a diferentes experimentos para establecer la

ecuacin que caracteriza dicho movimiento.

MARCO TERICO El pndulo de Pohl (ver la Figura 3.1) consta de una rueda giratoria que oscila respecto de su posicin de

equilibrio, marcada por una flecha. La fuerza recuperadora que permite la oscilacin se debe a un muelle helicoidal.

Conectado al pndulo hay un freno magntico que actuar como amortiguador de la oscilacin, y un motor que

actuar como forzamiento. De este modo, el pndulo de Pohl permite un estudio de las oscilaciones libres,

amortiguadas y forzadas.

Figura 3.1. Pndulo de Pohl


El Pndulo de Pohl puede ser definido como sistema mecnico rotativo oscilante y amortiguado, descrito por un

sistema masa amortiguador y resorte. El cual puede ser estudiado a travs de un modelado que permite determinar

la suma de momentos de inercia el Movimiento Armnico Simple descrito por el dispositivo:

Despejando el torque de excitacin y sustituyendo algunos trminos conocidos:

En donde,

Descripcin de Variable Smbolo Unidad

Momento de Inercia kg m2 Coeficiente de Amortiguamiento N s Constante de Torsin Elstica N Aceleracin Angular rad/s2 Velocidad Angular rad/s ngulo rad Torque de Excitacin N m Torque Elstica N m Torque Friccin N m

Como se sabe, la velocidad angular es:

Asimismo la aceleracin angular es:

Sustituyendo en la ecuacin caracterstica del sistema:

El torque de excitacin es la fuerza aplicada sobre el sistema oscilante que rompe el equilibrio y origina las

oscilaciones. Cuando se excita manualmente, generalmente se desplaza el indicador hasta un punto deseado con el

dedo, es importante tener el cuidado de no imprimir una fuerza adicional al movimiento, es decir, se debe evitar

empujar el indicador. El torque de excitacin se asumir como un impulso unitario para efectos prcticos. En

UNEFA - Ncleo Maracay consecuencia, la respuesta forzante del sistema se considera despreciable. En tal sentido, la respuesta a la EDO

anterior queda descrita por la solucin homognea que se obtiene mediante:

Si se emplea la funcin auxiliar

Luego, se sabe que:

Sustituyendo la funcin auxiliar y sus derivadas en el ecuacin diferencial

Simplificando los trminos comunes, se obtiene la siguiente ecuacin cuadrtica

O lo que es lo mismo a

Esta ecuacin es de la forma

Las races de la expresin establecen que tipo de Movimiento Armnico Simple se produce en el sistema

(

)

( )

Cuando se resuelve esta ecuacin, se obtienen distintos tipos de soluciones para cada uno de los tres casos posibles

siguientes.

1. Sobreamortiguamiento: Si ( )

, entonces el pndulo retorna lentamente a su posicin de

equilibrio sin llegar a oscilar en torno a ella.


2. Amortiguamiento crtico: Si ( )

, el resultado es muy parecido al anterior, aunque la

convergencia hacia el equilibrio es ligeramente ms rpido.

3. Subamortiguamiento: Si ( )

, entonces el pndulo oscila en torno a la posicin de equilibrio

aunque la amplitud de oscilacin va decayendo exponencialmente en el tiempo.

La Frecuencia Angular Natural del Sistema queda definida por

El factor de amortiguamiento del Sistema es:

(

)

La solucin tpica al problema planteado sobre el movimiento del pndulo de Pohl es:

( )

PRE-LABORATORIO 1. Defina: Onda Mecnica, Torque, Inercia, Ecuacin Caracterstica, Funcin Forzante, Amortiguamiento.

2. Investigar los tipos de amortiguamientos: sobreamortiguado, subamortiguado, crticamente amortiguado.


Pndulo de Pohl 1

Cronmetro 1

Fuente de Alimentacin DC 1

Cables de Conexin 3

Ampermetro 1

LABORATORIO

ACTIVIDAD NMERO 01

Determinar el perodo de oscilacin y la frecuencia natural de las oscilaciones libres, es decir, sin

conectar el electroimn a la fuente de poder, o dicho de otro forma .

UNEFA - Ncleo Maracay Ubicar el indicador en el valor mximo de la escala (20). Soltarlo sin empujarle. Realizar las mediciones del tiempo

que tarda en realizar cierto nmero de oscilaciones. Para obtener valores suficientemente precisos, realizar al menos

seis medidas del tiempo correspondiente a una, dos, tres, cuatro, cinco y el nmero total de oscilaciones (n).

Tabla 3.1. Mediciones de las oscilaciones y sus tiempos de duracin

Medidas 1 2 3 4 5 n

t [s]

Promediar las medidas obtenidas y, a partir del valor de la media, calcular la frecuencia natural con sus

correspondientes errores.

[ ]

[ ]

[ ]

Para medir el decrecimiento de las amplitudes de las oscilaciones, igualmente se puede deflectar la rueda giratoria

con la mano hacia un lado, y leer aproximadamente sobre la escala las sucesivas amplitudes hacia los dos lados. Se

recomienda utilizar como modelo de cuadro de recoleccin de medidas a la Tabla Nmero 3.2.Si resulta difcil

visualizar la amplitud de oscilacin, se puede probar disminuyendo la desviacin inicial para que la flecha se mueva

un poco ms lenta o realizar un video del experimento para posteriormente visualizarlo en slowmotion. Para medir

los perodos se utilizar un cronmetro.

Tabla 3.2. Ejemplo de las mediciones de las oscilaciones no amortiguadas.

[u] 20.00 19.60 19.30 18.9 18.5 [s] 0 0.73 1.44 2.19

[u] 19.80 19.40 19.00 18.7 18.3

[s] 0.37 1.08 1.89

ACTIVIDAD NMERO 02

Dado que el pndulo es metlico, el amortiguamiento del sistema mecnico se puede modificar utilizando el

electroimn que incorpora el dispositivo, este ltimo se alimenta con corriente continua y opera como un freno

elctrico sencillo, es decir, funciona en base a los principios bsicos del electromagnetismo (Fuerza de Lorentz).

El procedimiento consiste en repetir las mediciones anteriores para tres situaciones con distintos amortiguamientos.

Caso I Alimentar al electroimn con 300 mA.

Caso II Suministrar 600 mA a la bobina del electroimn.

Caso III. Alimentar al electroimn con 1.2 A.

UNEFA - Ncleo Maracay Recuerde que el valor de la corriente IBno debe ser superior a 1.0 A, por tal motivo el caso III debe realizarse bajo

supervisin del profesor. En todos los escenarios, deber medir la frecuencia de oscilacin y calcular el factor de

amortiguamiento. Asumir .

( )

(

( )

)

Al estudiar, por separado los resultados de la actividad nmero 02, las oscilaciones amortiguadas, se sugiere adoptar

T (que corresponde a ) como perodo aproximado en todos momento. En realidad, el periodo depende de la

constante de amortiguamiento y se puede calcular como:

Estimar el perodo T esperado en cada caso.

POST-LABORATORIO

1. Discutir cualquier otro resultado o problema de inters encontrado en el experimento.

2. Graficar la evolucin de en el movimiento oscilatorio rotativo del pndulo de Pohlcuando el sistemaestno

amortiguado.

3. Graficar la evolucin de en el movimiento oscilatorio rotativo del pndulo de Pohl cuando el sistema es

amortiguado y la bobina del electroimn es alimentada con 300 mA.


amortiguado y la bobina del electroimn es alimentada con 600 mA.


amortiguado y la bobina del electroimn es alimentada con 1.2 A.

6. Escribir la ecuacin de que describe cada caso. Graficar en SCILAB. (Ver cuadro 3.1.)

7. Tal como ya se ha dicho anteriormente, el freno no debe ser alimentado a travs de una corriente que sea mayor

de 1.2A. Pero, cul sera el comportamiento del pndulo si, por ejemplo, tomsemos una corriente ?


Cuadro 3.1. Ejemplo para Graficar en SCILAB. Un posible programa con los cdigos bsicos.

clc,

clear,

t = 0:0.01:20;

Theta_Inicial = 20;

Sigma = 0.345;

Omega = 14.3;

Theta = Theta_Inicial*exp(-Sigma*t).*cos(Omega*t);

plot(t,Theta)

xtitle('Evolucin de Theta con respecto al tiempo','Tiempo [s]','Theta [rad]');

xgrid

REFERENCIA [1] Universidad Rey Juan Carlos. rea de Fsica. Manual de Prcticas de Fsica. Documento disponible online en:

http://www.escet.urjc.es/~fisica/Docencia/Laboratorios/ManualFisica.pdf Fecha de Consulta: 2009.








PRCTICA NMERO 04 ESTUDIO DE LAS ONDAS

OBJETIVOS 1. Familiarizar al estudiante con la funcin de onda y los parmetros bsicos de seales peridicas, utilizando con

objetividad los equipos e instrumentos del laboratorio.

2. Determinar el desfasaje entre dos ondas de la misma frecuencia, utilizando los equipos e instrumentos del

laboratorio.

3. Obtener las figuras de Lissajous a partir de dos ondas de frecuencias diferentes, utilizando con objetividad los

equipos e instrumentos del laboratorio.

4. Evidenciar el comportamiento tpico de sistemas de segundo orden en la respuesta transitoria del circuito RL

serie conseguida con el osciloscopio.

INTRODUCCIN Las ondas son perturbaciones peridicas que viajan por un campo o medio, en general, ellas pueden

transferir energa sin transportar materia. En consecuencia, las ondas pueden clasificarse por el medio en el que

viajan, si onda que requieren un medio (ondas mecnicas) y las que no requieren un medio de propagacin (ondas

electromagnticas).

Las ondas peridicas generadas por disturbios peridicos tienen un movimiento armnico simple, en tal

sentido las ondas armnicas se caracteriza por una frecuencia y una longitud de onda.

Finalmente, y a manera aclaratoria, es importante sealar que un pulso es una nica perturbacin.

MARCO TERICO Cuando se enciende lo radio, el sonido se oye en puntos distantes a la radio, cuando se energiza una lmpara

de una habitacin, esta se ilumina. En los dos casos mencionados se est en presencia del movimiento ondulatorio.

De un modo ms general supngase que se tiene una propiedad fsica descrita por cierto campo. Este puede ser un

campo magntico, la deformacin del resorte, la presin de un gas, el desplazamiento transversal en una cuerda, etc.

En este caso se puede decir que las condiciones en un lugar pueden ser dependientes del tiempo o dinmicas, de

modo que haya unas perturbaciones es lo que llamamos ondas, y stas se pueden considerar longitudinales y

transversales segn el movimiento que realiza dicha perturbacin sea en direccin al desplazamiento o perpendicular

respectivamente.


( ) ( (

))

sta es la forma de la funcin de onda, demuestra su naturaleza peridica y se puede expresar en una forma

ms conveniente si se define las siguientes cantidades: el nmero de ondas (k) y la frecuencia angular ()

Luego,

( ) ( )

La funcin de onda que se ha descrito supone que cuando y ; esto no necesariamente

es el cero, si el desplazamiento transversal no es cero en y . La funcin de onda se expresar de la

siguiente forma:

( ) ( )

Donde se denomina la constante de fase.

La expresin anterior puede analizarse como una funcin de onda generalizada aplicable a diversos contextos

tal como se indic inicialmente (ondas sonoras, perturbaciones en la superficie del agua, radiacin electromagntica)

en donde quedan descritos los parmetros fundamentales de la onda, como la amplitud, la fase de inicio,el nmero

de ondas y la frecuencia angular.

Ahora bien, vamos a iniciar el estudio de ondas a travs del generador de seales, diversos componentes

pasivos (R, L, C) y el osciloscopio.

En circuitos elctricos que contienen un condensador o un inductor que bruscamente son conectados a

un generador de corriente continua, se originan corrientes elctricas cuya evolucin en el tiempo tiene el

comportamiento de un fenmeno transitorio.


En general, para conocer la respuesta transitoria de un sistema (elctrico, automtico, electromecnico,

qumico, entre otros) se excitar dicho sistema con una entrada tipo como por ejemplo un escaln. La forma de la

salida del sistema ante dicha excitacin permitir conocer de forma ms precisa el contenido de dicho sistema.

La perturbacin del sistema ser en tal sentido el voltaje suministrado por el generador de seales, ya sea un

escaln o una sinusoide. El medio de propagacin de dicha perturbacin ser el circuito al cual se conecten los

terminales del generador de seales.

La propiedad elctrica asociada con cada elemento R, L y C se considera como una unidad concentrada

individualmente localizada en un punto del circuito, aunque de hecho en un comportamiento prctico como es el

caso de una resistencia, la disipacin de energa se produzca a lo largo de toda su longitud fsica.

La suposicin de elementos concentrados implica que el efecto que se produce al conectar una fuente, se

propaga instantneamente a todo el circuito y la corriente resultante en un componente determinado es la misma en

todas sus partes en cualquier instante de tiempo. Tal suposicin simplifica enormemente el anlisis de redes y es

vlido siempre que las dimensiones de los elementos individuales y de todo el circuito, sean pequeas con relacin a

la longitud de onda (es decir se considera como campos cuasi-estacionarios).

En consecuencia, la ecuacin de onda se simplifica al no depender de su ubicacin espacial (distancia),

matemticamente esto es:

( ) ( )

En caso contrario, se ha de reconocer la limitacin del trmino elemento concentrado y se debe tomar en

cuenta la naturaleza real de parmetros distribuidos. Por ejemplo, cuando se estudian sistemas que trabajan a altas

frecuencias como ocurre en el caso de las microondas debe emplearse las ecuaciones de Maxwell como expresiones

ms generales.

Por otro lado, entre los instrumentos a utilizar en el desarrollo de la prctica se dispone de un generador de

seales y un osciloscopio. Este ltimo es un equipo de Laboratorio que se utilizar para la representacin y medida de

las seales de voltaje dependientes del tiempo. Se debe recordar que una vez encendido el Osciloscopio hay que

asegurar una visualizacin ntida y clara de la traza.

El objetivo final de esta prctica ser apreciar como una perturbacin determinada en distintos circuitos

elctricos (medios) origina comportamientos diferentes. Hay que recordar que el movimiento armnico que se

produce en el fenmeno en estudio estar condicionado a ecuaciones integrodiferenciales de un orden igual al

nmero de elementos que almacenan energa, por tanto al modificar los elementos que componen el sistema, la

respuesta del mismo vara.


Para lograr tal objetivo, se estudiarn un circuito RLC serie que corresponde a un sistema de segundo orden.

El modelo matemtico de un sistema de segundo orden es una ecuacin diferencial que puede escribirse como:

( )

En la cual al parmetro se le denomina coeficiente de amortiguamiento, y al se le conoce como

frecuencia angular natural de oscilacin. La funcin ( )es la entrada o funcin de excitacin del sistema y ( )es la

salida o respuesta del mismo.

La ecuacin caracterstica que responde al modelo matemtico anterior es de la forma:

Cuyas races son los valores caractersticos:

( )

- S entonces los valores caractersticos son imaginarios conjugados y el sistema ser no amortiguado.

- S entonces los valores son complejos conjugados y el sistema ser subamortiguado.

- S entonces los valores sern reales, negativos e iguales, en ese caso el sistema ser crticamente

amortiguado.

- S entonces los valores son reales negativos y diferentes, en dicha condicin el sistema ser

sobreamortiguado.

Es importante el anlisis cualitativo de los diferentes tipos de sistemas de segundo orden, de manera de

poder reconocerlos a partir de la grfica de su respuesta.

MATERIALES

Descripcin Cantidad

Osciloscopio 1

Generador de Ondas 1

Cables conectores 10

Capacitor 2

Resistor 2

LABORATORIO

Experiencia 1

Conecte el generador de onda con el osciloscopio (segn indicaciones del profesor), seleccione la forma de

onda y obsrvese las graficas en el osciloscopio, vari la amplitud y frecuencia del generador y tome nota.

UNEFA - Ncleo Maracay Tmenos un ejemplo tpico de onda, el cual consiste en una cuerda estirada, en la cual se produce un pulso el

cual viaja a lo largo de la cuerda a una velocidad (v). El pulso a lo largo del eje X (eje de la cuerda) y el

desplazamiento transversal de la cuerda se mide sobre la coordinada Y, entonces el pulso se puede representar

mediante ( ), pero el pulso viaja hacia la derecha o hacia la izquierda, la ecuacin sera ( ),

cuando esta onda a la que nos referimos es repetitiva, decimos entonces que la funcin es peridica y su ecuacin la

podemos describir como:

(

)

Y si viaje entonces ser:

[(

) ]

Donde A es la amplitud de onda y representa el valor mximo del desplazamiento, que denomina longitud

de onda y es igual a la distancia entre dos mximos sucesivos, o entre cualquier punto adyacente que tenga la misma

fase.

Observe que la funcin de onda tiene la forma ( ), dependiendo si viaja hacia la izquierda o

hacia la derecha. El tiempo que tarda la onda en recorrer una distancia de una longitud de onda se denomina periodo

(T); por lo tanto de donde

Tabla 4.1. Resultados de la amplitud y frecuencia para diferentes formas de onda.

Ag(Vp) fg(Hz) A01 f01 A02 f02 A03 f03

A01, f01: Onda sinodal, A02, P02: Onda triangular, A03, f03: Onda Cuadrada

Experiencia 2

1. Monte un circuito RC serie.

2. Mida el ngulo de fase entre las dos seales.

Tabla 4.2. Medida del Desfasaje

Frecuencia de Entrada (Hz) ngulo de Fase entre VC y VR ngulo de Fase entre VT y VR

VT: Voltaje del generador de seales, VC: Voltaje del Capacitor y VR: Voltaje de la Resistencia

UNEFA - Ncleo Maracay Experiencia 3

Conecte el circuito como lo indique el profesor. Coloque una frecuencia de 500 Hz en la entrada vertical y

seales de frecuencia de 500 Hz, 750 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz y 2000 Hz en la entrada horizontal.

Repita la experiencia anterior dividiendo entre 10 todas las frecuencias.

Tabla 4.3. Figura de Lissajous.

FV (Hz) FH (Hz) Grfico FV (Hz) FH (Hz) Grfico

500 500

50 50

500 750

50 75

500 1000

50 100

500 1500

50 150

500 2000

50 200

Frecuencia Vertical: FV, Frecuencia Horizontal: FH

Experiencia 4

Proceda a realizar el montaje del siguiente circuito:

C1 C2

RVIN

+

A B

GND

Figura 2.1. Circuito RC.

Ajuste el generador de seales para obtener una onda cuadrada de 5 V pico y con una frecuencia de 2000 Hz.

Observe en el osciloscopio la seal de salida del circuito , y verifique el tipo de sistema al que corresponda

(subamortiguado, sobreamortiguado, crticamente amortiguado).

Posteriormente, cambie el resistor en tres oportunidades, y de igual manera verifique en cada una de estas el tipo de

sistema al que corresponde su respuesta. Utilice en cada ocasin diferentes valores de resistencias.

UNEFA - Ncleo Maracay POST-LABORATORIO

1. Explique lo observado en cada experiencia.

2. Mencione algunas aplicaciones de la Figuras de Lissajous

3. Graficar en SCILAB para los valores de RC la respuesta del sistema. Comparar con lo visto en el laboratorio.

REFERENCIA

[1] UNEFA. J. Molleja. Gua de Laboratorio de Fsica IV. Venezuela. 2000.

[2] Jess Fraile Mora. Electromagnetismo y Circuitos Elctricos. 4ta Edicin. McGraw Hill. Madrid. 2005.

[3] Universidad Nacional Autnoma de Mxico (UNAM). Facultad de Ingeniera. Gua de Laboratorio de Anlisis

de Circuitos. Prctica 8 Respuesta transitoria de circuitos RLC. Documento disponible [Online] en:

http://dcb.fi-c.unam.mx/users/rigelgl/Web_AdC/Practicas_archivos/AC091P08.PDF

[4] Universidad de Sevilla. Escuela Superior de Ingenieros. Dpto. de Ingeniera Electrnica.Guiones de Prcticas

de Circuitos Electrnicos. Documento disponible [Online] en:

http://www.gte.us.es/ASIGN/CE_2A/practicas/Guiones04_05.pdf

[5] Universidad Rey Juan Carlos. rea de Fsica. Manual de Prcticas de Fsica. Documento disponible online en:









PRCTICA NMERO 05 ONDAS ESTACIONARIAS

OBJETIVOS 1. Estudiar las ondas estacionaras producidas por las vibraciones transversales de una cuerda.

2. Reconocer los nodos y los antinodos.

3. Determinar la longitud de onda.

INTRODUCCIN Se plantea el clsico experimento con el aparato de Melde para estudiar las ondas estacionarias, los nodos y

los antinodos (o vientres).El sistema que consta bsicamente de un dispositivo de vibracin en el cual se sujeta uno

de los extremos a una cuerda no elstica, dicha cuerda conduce a una polea y sujeta en el otro extremo una masa

(canasta metlica). La cuerda cuyos extremos estn fijos, est sometida a una tensin determinada por la masa

suspendida en la canasta terminal, si se somete a vibraciones, se propaga una onda mecnica que est acotada entre

el punto de generacin de las vibraciones y la polea, en sta regin se produce un Movimiento Armnico Simple

tpico de las ondas estacionarias.

Figura 5.1. Aparato de Melde.

MARCO TERICO

Ondas Estacionarias

Cuando se confinan ondas en una regin del espacio mediante fronteras, estas ondas se reflejan hacia

delante y hacia atrs en dichas fronteras y pueden producir ondas estacionarias.

Para visualizar como se forman ondas estacionarias, considrese la interferencia de dos ondas armnicas que

tienen la misma amplitud, nmero de ondas y frecuencia angular, pero viajan en sentido contrario.

( ) y ( )


La onda 1 viaja hacia , la onda 2 hacia , y ambas tienen velocidad . Si representa a la onda

incidente y a la onda reflejada, y se usa el principio de superposicin, se encuentra que la onda resultante es:

( ) ( )

La onda resultante se puede expresar de manera ms simple, si se aplican las identidades trigonomtricas

pertinentes. As, se obtiene:

( ) ( ) ( )

sta es la funcin de onda correspondiente a una onda estacionaria.

En una onda estacionaria, el patrn de la onda no se mueve pero si lo hace los elementos de la cuerda.

La amplitud del MAS toma su valor mximo, 2A, en las posiciones donde ( ) ; o el argumento de la

sinusoide sea mltiplo impar de . Estas posiciones de mxima amplitud se llaman antinodos. Como , las

posiciones de los antinodos se pueden obtener por medio de:

(

)

Como ( ) para valores de x tales que y los sucesivos, los elementos situados en estas

posiciones no se mueven. A estas posiciones se les denominan nodos y se obtienen mediante

En cada extremo (las fronteras de la regin) hay un nodo. Si los extremos de estn a y , este

requisito se puede incluir en las condiciones de contorno para la funcin de onda,

( ) y ( )

Al haber un nodo en cada extremo y como los nodos estn separados por debe de haber un nmero

entero de semilongitudes de onda que se ajuste a la longitud L del medio de propagacin.

(

)

Donde es un nmero entero y representa cada una de las longitudes de onda especficas que satisfacen

las condiciones de contorno. Al despejar , se obtiene


Considere la frecuencia fundamental de una cuerda, como ( ) , la frecuencia depende de (i) la

tensin de la cuerda F, (ii) la densidad lineal de masa de la cuerda y (iii) la longitud de la cuerda L entre los extremos

fijos.

Estudiar la posibilidad de la medida estroboscpica de la frecuencia.

n=1 a f1Frecuencia Fundamental

n=2 a f22

do Armnico

n=3 a f33

er Armnico

Figura 5.2. Ilustra el caso tpico de cuerda vibrante en donde se muestra la onda estacionaria a diferentes frecuencias.

PRE-LABORATORIO Definir: Armnicos. Luz estroboscpica. Velocidad de Propagacin. Onda viajera. Reflexin y Refraccin de ondas.

Interferencias de ondas.

Datos curioso:

Masa especifica m de la cuerda (masa por unidad de longitud) aprox. 5 mg/cm Frecuencia aprox. 44 Hz.


Aparato de Melde 1

Masas 5

Metro (Regla) 1

LABORATORIO

ACTIVIDAD NMERO 01

Utilizar una masa especificada por el profesor. Proceda a realizar varias mediciones de la longitud de onda y el

nmero de nodos a diferentes longitudes de la cuerda. Se recomienda variar las longitudes de la cuerda entre 20 y 60

cm.


Tabla 5.1. Mediciones de las longitudes de ondas a diferentes valores de longitudes de la cuerda.

ACTIVIDAD NMERO 02

Ensamble el dispositivo de acuerdo a las disposiciones generales. Fije a 120 cm la longitud de la cuerda

medida desde el punto de vibracin del equipo hasta la polea. Proceda a variar las masas y en cada caso mida la

longitud de onda y el nmero de nodos. La tensin nunca debe ser superior a 20 N para evitar la ruptura de la cuerda.

Tabla 5.2. Mediciones de las longitudes de ondas a diferentes valores de longitudes de la cuerda.

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

0

50

100

150

200

250

POST-LABORATORIO

1. Graficar en SCILAB la dependencia de tensin-longitud de onda

2. Graficar en SCILAB la dependencia de tensin-longitud de onda al cuadrado

3. Considerando que se sustituya la cuerda por otra que posea un valor de la masa especifica sea nueve veces

mayor al utilizado en la prctica, indique que variaciones obtendra en cada una de las experiencias. Explique.

REFERENCIA

[1] Universidad Rey Juan Carlos. rea de Fsica. Manual de Prcticas de Fsica. Documento disponible online en:








POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA NCLEO MARACAY

COORDINACIN DE INGENIERA ELCTRICA LABORATORIO III DE FSICA

PRCTICA NMERO 06 MEDICIN DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO

LSER: REFLEXIN Y REFRACCIN

OBJETIVOS 1. Determinar la velocidad del sonido considerndola como un fenmeno ondulatorio, utilizando con


2. Comparar el resultado calculado de la velocidad del sonido con el terico, utilizando con objetividad los

equipos e instrumentos del laboratorio.

3. Comprobar el carcter ondulatorio del sonido, identificando la propagacin de la onda, utilizando con


4. Conocer el funcionamiento de un lser, utilizando con objetividad los equipos e instrumentos del

laboratorio.

5. Obtener los efectos de reflexin y refraccin de un haz lser, utilizando con objetividad los equipos e

instrumentos del laboratorio.

6. Obtener la transmisin de la luz lser en una fibra ptica, utilizando con objetividad los equipos e

instrumentos del laboratorio.

INTRODUCCIN

Resea Histrica

Las ideas de los filsofos de la Antigedad sobre la acstica eran bastante acertadas. Sneca enseaba ya, en

los comienzos de la era cristiana, que la produccin de los sonidos y su propagacin son posibles gracias a la

elasticidad del aire.

Se atribuye a Pitgoras la invencin del monocordio, instrumento compuesto por una cuerda tensada entre

dos clavijas fijas. Con una clavija mvil se poda inmovilizar cierto punto de la cuerda comprendido entre las dos

clavijas fijas: si se colocaba la clavija en el punto medio se produca la primera octava superior. Si se colocaba en la

cuarta parte, la parte ms pequea produca la segunda octava. Bacon y Galileo sentaron las bases de la acstica.

Gassendi explico la agudeza y la gravedad de los sonidos por la frecuencia relativa de las vibraciones, y el

padre Mersenna determin el nmero de las vibraciones de las diversas notas de las escalas.


Otto de Guericke demostr que el sonido no se propaga en el vaco. El padre Kircher explic el fenmeno del

eco. J. Sauveur descubri los nodos y los vientres de vibracin. Newton estableci la teora matemtica de la

transmisin del sonido, fundada en la elasticidad de los medios, y que explica satisfactoriamente todos los hechos

observados. Taylor, Daniel Bernoulli, Euler y dAlembert establecieron la teora analtica de las cuerdas vibrantes.

En 1738, los miembros de la Academia de Ciencias de Francia midieron la velocidad del sonido, comprobando

que es de 333 metros por segundo, a 0C.

Sturm, Colladon y Regnault determinaron la velocidad del sonido en diversos medios. Helmholtz y Koening

analizaron los sonidos complejos valindose de resonadores y explicaron el timbre de los sonidos y la voz humana,

que despus ha llegado a registrarse (fongrafo) y transmitirse (telfono) gracias a la transformacin de los

fenmenos mecnicos en fenmenos elctricos.

En esta prctica el estudiante evidenciar los fenmenos de por un lado a travs de un montaje

relativamente sencillo con un lser y acrlicos se podr conocer la reflexin y refraccin que se produce al pasar el

rayo colimado de un media a otro, por otro lado, evaluaremos la resonancia en sistemas acsticos.

MARCO TERICO

Acstica

Se denomina acstica a la parte de la fsica que estudia los fenmenos que percibe el sentido del odo y se le

denominan ruido o sonido.

Los ruidos corresponden a percepciones auditivas breves, o por lo menos discontinuas; los sonidos dan una

sensacin de continuidad, permanecen durante cierto tiempo idntico a s mismos, y les corresponde una sensacin

musical particular.

Bases Tericas sobre Sonido

Las ondas sonoras son ondas longitudinales. Pueden propagarse en los slidos, en los lquidos o en los gases.

Las partculas materiales que transmiten a tales ondas, oscilan en la misma direccin en la que se propaga la onda. El

intervalo de frecuencia en las que pueden generarse las ondas mecnicas longitudinales es muy amplio.

Las ondas sonoras estn restringidas al intervalo de frecuencia que pueden estimular al odo y al cerebro

humano para darle la sensacin del sonido. Este intervalo es de unos 20 Hz hasta unos 20 kHz y se llama el intervalo

audible, se dice que una onda mecnica longitudinal cuya frecuencia sea menor que la del lmite inferior del intervalo

audible es una onda infrasnica y si su frecuencia es mayor que la del lmite superior del intervalo audible se conoce

como una onda ultrasnica.

Las ondas infrasnicas de inters son generadas, por lo general, mediante fuentes grandes, siendo un

ejemplo de ellas las de los terremotos. Las grandes frecuencias asociadas con las ondas ultrasnicas, pueden ser

UNEFA - Ncleo Maracay producidas por las vibraciones elsticas por un cristal de cuarzo inducidas por resonancia al aplicar un campo

elctrico alterno (efecto piezoelctrico).

El sonido se propaga a velocidades muy inferiores a las de las ondas electromagnticas, cuyo valor es de

aproximadamente 340 m/s.

Figura 6.1. Cajas de Resonancia

Bases Tericas sobre Lser

El primer lser se construy en 1960. Imagine una luz sobre un sistema atmico, si el fotn incidente es lo

suficientemente energtico, este puede ser absorbido por un tomo excitado y puede volver a un estado ms bajo

por medio de la emisin de un fotn a travs de dos mecanismos distintos. En un caso el tomo emite energa

espontneamente, mientras que en el otro la emisin es disparada por la frecuencia de radiacin electromagntica

de una frecuencia apropiada. Este ltimo proceso se conoce como emisin estimulada y esto es el funcionamiento de

un lser.

La reflexin y la refraccin es una forma fcil y sencilla de observar lo que ocurre en un haz de luz cuando este

incide en un medio y ms aun cuando este pasa de un medio a otro.


Aserrn --

Cajas de Resonancia 2

Diapasn de 1700 Hz 2

Tubo de vidrio 1

Tapn 1

Regla 2

Lser 1

Acrlico de diferentes formas 3

Fibra ptica 1

LABORATORIO

EXPERIENCIA 1. Velocidad del Sonido (opcional)

Virtase en el tubo de vidrio una pequea cantidad de aserrn y colquese este horizontalmente. Tape un

extremo del tubo con el tapn, que sirve de barrera aisladora de sonidos. Asegrese que el aserrn este distribuido

uniformemente en el interior del tubo, as como de eliminar el exceso de ste.

UNEFA - Ncleo Maracay Golpee el diapasn y acrquelo al extremo libre del tubo de vidrio de modo que se observen bien los nodos y

picos de la onda estacionaria.

Mida con ayuda de una regla, la distancia entre cada dos picos o cada dos nodos consecutivos, para obtener

la longitud de la onda sonara (). Anote tambin la frecuencia nominal del diapasn (f) cuyo valor es necesario para la

determinacin de la velocidad del sonido.

EXPERIENCIA 2. Experimento de resonancia con dos diapasones

Se investiga si las ondas sonoras son capaces de provocar oscilaciones en un cuerpo en reposo, por ejemplo

en un diapasn, a una gran distancia de la fuente del snico cuando su frecuencia es igual a la frecuencia de

excitacin.

Indicaciones para el montaje

Figura 6.2. Montaje de las cajas de resonancias.

El montaje se efecta segn se indica en la figura 6.2. Los lados abiertos de las cajas de resonancias estn uno

enfrente del otro.

Ejecucin del experimento

1. Se golpea un diapasn con el martillo y se genera as un tono determinado. Acto seguido se reprime las

oscilaciones del diapasn tocando las dos ramas con la mano y se escucha el sonido del segundo diapasn.

2. Uno de los diapasones se desentona atornillando a una de las ramas un jinetillo. A continuacin, uno de los dos

diapasones es excitado de nuevo con el martillo.

3. Se aumenta la distancia aproximada entre las dos cajas de resonancia (por ejemplo hasta aproximadamente 3 m)

se provoca oscilaciones en uno de los diapasones y se escuchan los tonos. El jinetillo del experimento anterior se

quita del diapasn.

EXPERIENCIA 3. Resonancia de columnas de aire

Se investiga la forma en que puede provocarse una resonancia en una columna de aire mediante un

diapasn.

Indicaciones para el montaje

El montaje se efecta segn indica la figura. La probeta con base se llena de agua y el tubo de vidrio sujeto en

el soporte se sumerge en la probeta.

UNEFA - Ncleo Maracay Ejecucin del experimento

1. El diapasn se golpea ligeramente con el martillo y se mantiene del extremo superior del tubo de vidrio. Con

la resonancia que eventualmente puede existir ya, se escucha el tono fuertemente ampliado.

2. Si no existe ninguna resonancia se desplaza el nivel del agua en el tubo hacia arriba o haba abajo y se

mantiene siempre de nuevo el diapasn excitado delante del extremo superior del tubo de vidrio.

3. En cuanto se observan signos de resonancia, se desplaza el tubo a pequeas distancias con el fin de encontrar

el mximo. Se mide tambin la correspondiente longitud del tubo.

Nota: Los fenmenos de resonancia pueden tambin demostrarse utilizando solamente la probeta con base que se llena cada vez con agua y se

mantiene siempre el nuevo diapasn sonoro sobre la abertura de la probeta hasta que se encuentra el fenmeno de resonancia.

EXPERIENCIA 4

Tome el lser, encindalo y haga incidir el haz de la luz lser sobre el material acrlico. Observe el haz

incidente, el haz reflejado y el haz refractado. Determine el ngulo de incidencia, el ngulo de reflexin y el ngulo de

refraccin.

EXPERIENCIA 5

Encienda el lser y coloque un extremo de la fibra ptica en la salida del haz de luz lser, observe el otro

extremo de la fibra ptica.

EVALUACIN DE RIESGO No mire directamente al lser. No permita que el haz de luz lser incida directamente en sus ojos.

POST-LABORATORIO 1. Describa los fenmenos observados en cada experiencia. Explique detalladamente.

2. Determinar la velocidad de propagacin del sonido en el aire.

3. Explique como se transmite el haz de luz lser en la fibra ptica.

REFERENCIA [1] UNEFA. J. Molleja. Gua de Laboratorio de Fsica IV (modalidad trmino). Venezuela. 2000.

[2] Jess Fraile Mora. Electromagnetismo y Circuitos Elctricos. 4ta edicin. MacGrawHill. Madrid. 2005.





[7] Ramn Garca, Pelayo y Gross. Enciclopedia de las Ciencias Larousse. Ediciones Larousse. Mexico. 1977.




PRCTICA NMERO 07 INTERFERENCIAS Y DIFRACCIN EN LQUIDOS

3. Figura 7.1. Interferometra laser de una bala en vuelo.

OBJETIVOS 1. Demostrar como se producen las ondas en el agua, as como investigar el significado de las mismas.

2. Estudio de la propagacin de ondas de superficie en agua y medida de la velocidad de fase.

3. El estudiante debe aprender que:

- Tanto las ondas planas como circulares en la superficie del tanque de ondas se propagan a una velocidad constante.

- La frecuencia de la onda viajera a velocidad constante es inversamente proporcional a la longitud de onda. - El ngulo incidente es igual al ngulo reflejado. - Que las ondas circulares que chocan contra una barrera cncava son reflejadas como ondas circulares. - Que las ondas planas que inciden sobre una barrera cncava convergen en un punto focal en frente de la barrera. - Que las ondas planas que inciden sobre una barrera convexa divergen. - Que las ondas de difraccin son las que pasan a travs de la rendija. - Que mientras ms estrecha es la brecha (rendija), mayor ser la difraccin. - Que existen ondas difractadas cuando pasan por regiones de diferente densidad.

INTRODUCCIN El propsito de esta experiencia es investigar el comportamiento de las ondas peridicas producidas en la

superficie del agua (sin gas). La propagacin de las ondas viajeras transversales a velocidad constante. Considera que

la fuerza de las ondas gravitatorias elsticas y la tensin superficial del lquido actan de una manera compleja para

producir una fuerza de restauracin


Figura 7.2. Ilustracin de la formacin de ondas peridicas que se propagan en el lquido contenido por el tanque.

En la figura anterior se evidencia que la luz incidente sobre la superficie del agua atraviesa lentes

convergentes y divergentes (por la forma del ondulante de la propagacin de las ondas), por lo que los rayos que se

encontraban uniformemente distribuidos se concentran en focos de alta intensidad.

En la primera experiencia se introducir a los fenmenos de reflexin y refraccin en la propagacin de

ondas, especialmente cuando las ondas planas se propagan sobre la superficie de un lquido, hay ondas reflejadas

cuando las ondas encuentran una barrera plana ubicada oblicua con respecto a la direccin de propagacin. Las

ondas reflejadas son ondas planas y se propagan en la direccin tal que el ngulo de la onda reflejada es igual al

ngulo de la incidente medido desde la normal de la superficie de la barrara.

En la siguiente experiencia se estudiar los fenmenos que ocurren cuando se reflejan ondas circulares

producidas en el foco de un reflector cncavo, el frente de onda resultante se convierte en plano. Del mismo modo,

las ondas planas incidentes que chocan con una barrera cncava se reflejan en forma de ondas circulares que

convergen en el punto focal. Las ondas circulares o planas se reflejadas en una barrera convexa son ondas circulares

divergentes.

Por otro lado, se evidenciar el caso que sucede cuando una onda pasa desde un medio a otro, sta es

parcialmente reflejada en el punto de la interface entre los dos medios y refractada al nuevo medio. Se puede

observar este fenmeno con ayuda de las ondas de agua, confiando en la dependencia de la velocidad de

propagacin con la profundidad del lquido.

Posteriormente, se estudiar los cambios que ocurren en la velocidad de propagacin cuando una onda pasa

desde un medio a otro, sta es parcialmente reflejada en el punto de la interface, entre los dos medios, y el resto se

refracta al nuevo medio. Se puede observar este fenmeno con ayuda de las ondas de agua, confiando en la

dependencia de la velocidad de propagacin con la profundidad del lquido.

Finalmente, se indagar en los efectos de difraccin, lo cual indica un primer acercamiento a la dualidad

onda partcula. Cuando las ondas se ven obligadas a pasar a travs de una rendija, se puede producir un patrn de

UNEFA - Ncleo Maracay difraccin en su propagacin, si la dimensin de la rendija es lo suficientemente grande en comparacin con la

longitud de onda.

Figura 7.3. Esquema simple de una tanque de ondas.

DETALLES TCNICOS

Tanque de ondas

Tanque plstico transparente, dimensiones aprox.

guía de laboratorio de física iii 2013

Documents