visualización de una onda mecanica y sus elementos fundamentales
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Universidad Mayor
Facultad de ingeniería
Calor y Ondas
Profesor (cátedra): Daniel Gálvez / Profesor (laboratorio): Martin Pérez
Informe Laboratorio 4:
Visualización de una onda mecánica
y sus elementos fundamentales
Nombre Rut Firma
Raimundo Espejo
Fecha de inicio: 4 de octubre, 2013
Fecha de entrega: 11 de octubre, 2013
N° Grupo: 58
Contenido
Descripción del laboratorio n°2.2: ...................................................................................................... 3
1.-Objetivos: ........................................................................................................................................ 3
2.-Teoría: ............................................................................................................................................. 4
2.1 Fórmulas utilizadas: ................................................................................................................. 5
3.- Procedimiento experimental: ......................................................................................................... 5
3.1.- Protocolo de medidas: ............................................................................................................. 5
3.2.- simbología: .............................................................................................................................. 5
3.3 Información sobre los instrumentos de medición directa: ......................................................... 5
3.4 Error de los instrumentos: ......................................................................................................... 6
3.5 Metodología de Trabajo ............................................................................................................ 6
3.5.1.-Materiales:......................................................................................................................... 6
3.5.2.-Ensamblaje de la estructura: ............................................................................................. 7
3.5.3.- Modo de operación: ....................................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.- Datos: ............................................................................................................................................. 9
5.- Cálculo de errores: ......................................................................................................................... 9
5.1 Calculo de errores para la aceleración de gravedad .................................................................. 9
6.- análisis de los datos y resultados ................................................................................................ 12
7.- Conclusiones ................................................................................................................................ 12
8.- Bibliografía y referencias ............................................................................................................. 12
Descripción del laboratorio n°4:
Este laboratorio, consto de dos experimentos, el primero era un montaje de una cubeta con
agua, la cual tenía un vibrador acoplado a un listón de madera con distintas masa que al oscilar
perturbaba el agua y gracias al proyector en el cual se encontraba montada la estructura se pudieron
observar en la pizarra las ondas generadas por las perturbaciones en formas de sombras. El segundo
experimento trató de una cuerda que vibraba gracias un timbre conectado a una fuente de poder, la
vibración del timbre que se propagaba a atreves de la cuerda permitió observar de Manera los
componentes de un onda, se utilizó una luz estroboscópica para poder “congelar” el movimiento de
la cuerda y poder ver en “cámara lenta” las oscilaciones de esta.
1.- Objetivos:
1.1.- Objetivo general:
Montar un experimento para poder visualizar, físicamente en él laboratorio, una
onda mecánica y todos elementos.
1.2.1.- Objetivos específicos:
A.- Reconocer e identificar los componentes de una onda mecánica y realizar
mediciones directas a estas.
B.- Entender cómo se forman las ondas mecánicas.
C.- Entender cuáles son los tipos de ondas mecánicas.
2.- Marco teórico:
Cada vez que se realizan experimentos, estos arrojaran varios datos, los cuales no siempre
se comprenderán si no se dispone de del conocimiento que la experiencia demandada. Para que lo
anterior mente mencionado no ocurra a continuación se mencionaran y explicaran los conceptos
clave para entender a cabalidad los resultados obtenidos de los experimentos.
Onda: En física, una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna
propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo
magnético, a través de dicho medio, implicando un transporte de energía sin transporte de
materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de
metal e, incluso, inmaterial como el .
Onda mecánica: Es una perturbación que se produce en algún punto de un medio físico
elástico, desplazando a o las partículas en cuestión de su posición de equilibrio.
Longitud de onda (λ): Se define la longitud de onda, como la distancia que recorre el
pulso mientras un punto realiza una oscilación
Aceleración de gravedad: para efectos de cálculo se considerar como:
Tención (S): fuerza de tracción aplicada a un cuerpo.
Densidad lineal: es la que se usa para medir la densidad un hilo o cuerda. Resulta del
cociente entre la masa y longitud de la cuerda o hilo en cuestión
Velocidad de propagación (c): velocidad con que una onda se desplaza por un medio.
√
Periodo: Se entiende periodo( ) como el cociente entre el tiempo que tarda algún objeto
en completar n cantidad de ciclos y la cantidad n de ciclos.
Frecuencia: Numero de repeticiones / oscilaciones de un suceso por unidad de tiempo.
2.1 Fórmulas utilizadas:
Todos los cálculos realizados en este informe, están directamente relacionados o son
deducciones a partir de las fórmulas que se detallaran a continuación.
Valor Promedio ̅ ∑
Errores accidentales ̅ √∑ ( ̅ )
( )
Medida Final ̅
3.- Procedimiento experimental:
3.1.- Protocolo de medidas:
A continuación se detallan el parámetro medidos directamente con sus respectivas
unidades:
longitudes: Medida en metros [m]
Masas: Medidas en kilogramos [kg]
Frecuencias: Hertz [Hz]
Periodo : Segundos [s]
Velocidad: Metros / Segundos [m/s]
Densidad: Kilogramos / Metros [Kg/m]
Fuerzas: Newton [N]
3.2.- simbología:
En el desarrollo de las fórmulas para los cálculos de los parámetros, se utilizará la
siguiente simbología para cada valor medido:
3.3 Información sobre los instrumentos de medición directa:
La marca e información del fabricante de los instrumentos de medición directa y
elementos, que se utilizaron en la experiencia de laboratorio, se detallan en la
siguiente tabla:
Tipo Marca Modelo Información extra
Balanza Soehnle Siena -
Huincha de medir Stanley 10m/10´ -
Kit de masas - - 10 unidades / 10[gr] c/u
3.4 Error de los instrumentos:
A continuación se expresara el error de apreciación propio de cada instrumento
usado para medir directamente alguna variable.
Huincha de medir: 0,001 [m]
Balanza: 0,001 [gr]
3.5 Metodología de Trabajo
3.5.1.-Materiales:
Experimento cubeta:
· Cubeta. · Placas metálicas.
· Vibrador. · Proyector.
· Agua. · Maderada biselada.
· Resorte · Soporte universal.
Experimento oscilador:
· Soporte universal · Balanza
· Nuez · Prensa
· Hilo · Varilla de metal
· Fuente de poder · Huincha de medir
· Oscilador o timbre · Luz estroboscópica
· Masas -
3.5.2.- Ensamblaje de la estructura de la cubeta:
Verter agua en la cubeta.
Unir un vibrador a un listón de madera biselada por medio de resortes.
Colgar el vibrador unido a un listón de madera biselada en el agua, sin que
este toque el fondo de la cubeta, con ayuda un soporte universal.
Colocar las placas metálicas en el agua en diferente orden.
3.5.3.- Ensamblaje de la estructura del oscilador:
Se sujeta el soporte universal a la mesa y se une con la varilla de metal por
medio de la nuez, formando una especie de “T”.
Conectar el oscilador a la fuente de poder.
Cortar un trozo de hilo y unir por medio de este las masas y el oscilador.
Colgar las masas en la varilla sujeta al soporte universal.
3.5.4.- Modo de operación de la cubeta:
Encender el oscilador para provocar vibraciones que son traspasadas
atreves de los resortes al listón de madera biselado y este traspasa las ondas
al agua.
Registra lo que sucede con el agua al momento de encender el vibrador.
Colocar las placas en el agua mientras el oscilador está funcionando
observando los cambios que se producen en las ondas producidas por la
interacción del vibrador con el agua.
Registrar estos cambios e identificar los fenómenos que ocurren cuando
chocan las ondas con las placas metálicas.
3.5.5.- Modo de operación del oscilador:
Masar los objetos.
Medir la longitud del hilo.
Encender el oscilador, provocando ondas en el hilo y registrar: Amplitud de
onda, longitud de onda, N° de nodos.
Masar otro objeto.
Unir los dos objetos.
Volver a encender el oscilador y ver los cambios que se producen al variar
la tensión de la cuerda.
Observar lo que sucede al poner el experimento bajo una luz
estroboscópica.
4.- Datos:
Luego de realizar la experiencia de laboratorio y de realizar repetidas veces las medidas
directas los datos obtenidos son los siguientes:
Voltaje de
salida de la
fuente
masa que cuelga
de cuerda Longitud
10 [v] 0,13746 [kg] 3,286 [m]
Nodos Lambda (λ) Amplitud.
8 0.469 [m] 0,018
medición de la amplitud de onda fuente de porder con 10 [V]
4.1.- Cálculo de medidas indirectas
4.1.1.- Calculo para la fuerza de tención (S):
Considerando
[ ] [
] [ ] [ ]
Calculo errores de propagación para la fuerza de tención
√(
) (
) √( ) ( )
√( ) ( ) [ ]
[ ] [ ]
[ ] [ ]
4.1.2 Calculo para la densidad lineal (μ):
Para la obtención de esta magnitud se masó (m) una sección de longitud (L) conocida de la cuerda
utilizada para el experimento del oscilador
[ ] [ ] [ ]
[ ]
[ ] [
]
Calculo errores de propagación para la fuerza de tención
√(
) (
) √(
) (
)
√(
) (
( ) )
[
]
[
] [
]
[
] [
]
4.1.3 Calculo para la velocidad de propagación de la onda (c):
√
√
[ ]
[ ]
[
]
Calculo errores de propagación para la fuerza de tención
√(
) (
) √(
√ ) (
√
√ )
√(
√ ) (
√
√ )
[
]
[
] [
]
[
] [
]
4.1.2 Calculo para el periodo (T):
[ ]
[ ] [ ]
Calculo errores de propagación para el periodo (T):
√(
) (
) √(
) (
)
√(
) (
( ) )
[ ]
[ ] [ ]
[ ] [ ]
6.- análisis de los datos y resultados
Según los de datos recopilados y los cálculos realizados, se puede afirmar que en un péndulo con un
largo fijo y una masa variable, el periodo será el constante; Con esos resultados y luego de analizar
la formula √
se puede demostrar que el periodo de un péndulo es independiente a la masa
de este. A pesar de que en los datos no entregan valores de periodos exactamente iguales, con la
ayuda de los mínimos cuadrados se puede apreciar que el periodo permanece casi constante ya que
es una recta con pendiente lo que es bastante cercano a , ósea la horizontal (lo que
describiría un función constante)
La afirmación anterior se puede apreciar en el siguiente gráfico que muestra.
¿Qué errores puede considerar en su medición?
Lo errores que se pueden considerar en la medición aparte de los ya mencionados (los de
los instrumentos, apreciación y propagación) serian los no cuantificables tales como el error
de reacción humano para accionar el cronometro, el Angulo en que se observa el
transportador para medir el desplazamiento del péndulo, los desniveles del piso de del
laboratorio que afectarían la horizontal del experimento, las corrientes de aire que se
pudiesen crear al interior del laboratorio y los cambios de presión al abrir y cerrar puertas
en el edificio.
¿Sería lo mismo esta medición en otras condiciones geográficas?
La medición no seria lo mismo en otras condiciones geográficas y eso es mayormente
debido a que la tierra no es una esfera perfecta por lo que la aceleración de gravedad difiere
según de donde se realice el experimento
7.- Conclusiones
Luego de realizar todos los cálculos correspondientes de error y gravedad, se analizaron los datos
obtenidos y fueron puestos en un gráfico, que muestra una relación entre la masa y el periodo, si
bien no se observa una relación constante, se deben tener en consideración tanto los errores de los
instrumentos, el humano, y de propagación. Con los datos puestos en orden se pudo llegar a un
resultado más exacto de la aceleración de la gravedad. Finalmente se llegó a la conclusión de que la
aceleración de gravedad no depende de la masa del cuerpo en el cual se aplica, ya que esta no hace
variar el valor de la frecuencia que es lo que determina el valor de la aceleración de gravedad.
8.- Bibliografía y referencias
Antonio caballero (sin fecha). Periodo de un péndulo. Recuperado el 2 de octubre de 2013,
de la página http://www.mates-fskyqmk.net/portal/?page_id=300
Apuntes de clases (8 de octubre de 2013). Péndulo simple. (calor y onda con el profesor
Daniel Gálvez)
1.- http://es.wikipedia.org/wiki/Onda
2.-
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachiller
ato/ondasCaract/ondas-Caract_indice.htm#long