Essays.club - Ensayos gratis, notas de cursos, notas de libros, tareas, monografías y trabajos de investigación
Buscar

Informe de laboratoio de cuerdas en phet

Enviado por   •  20 de Julio de 2020  •  Informes  •  3.705 Palabras (15 Páginas)  •  8 Visitas

Página 1 de 15

[pic 2]

                 

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

ESPE SEDE LATACUNGA

          DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS

GUÍA DE PRÁCTICA DE LABORATORIO

CARRERA

CÓDIGO DE LA ASIGNATURA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

MECATRONICA

EXCT- MVU53

FÍSICA FUNDAMENTAL

NRC: 7850

ESTUDIANTE:

BAYRON JACOME

PRÁCTICA N°

LABORATORIO DE:

LABORATORIO DE FÍSICA

DURACIÓN

(HORAS)

2

TEMA:

MOVIMIENTOS ONDULATORIOS

2

OBJETIVOS

Objetivo General:

  • Validar las leyes físicas que sustentan el movimiento ondulatorio.

Objetivos Específicos:

  • Analizar el comportamiento de las variables físicas como periodo, longitud de cuerda, longitud de onda, numero de onda, función de onda, rapidez de onda, frecuencia angular, frecuencia y energía mecánica.
  • Visualizar los equipos que conllevan a cabo la elaboración de la práctica.
  • Construir y analizar las gráficas de la función de onda.

  1. EQUIPO Y MATERIALES NECESARIOS

Tabla 1. Equipos y Materiales

EQUIPO

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

Regla

Instrumento de medición en centímetros.

2

Cronometro

Instrumento para tomar el tiempo en segundos.

1

Líneas de referencia

Líneas entrecortadas que nos ayudan a tener una referencia

1

Cuerda

Instrumento con el cual visualizaremos las ondas.

1

Calculadora

Instrumento para realizar los cálculos

1

Simulador Phet

Simulador en el que realizamos la practica

1

Geogebra

Programa en el que realizamos las graficas

1

[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

Gráfico 1.  Esquema de las partes del laboratorio virtual de onda de una cuerda.

C.MARCO TEÓRICO:

MOVIMIENTO ONDULATORIO

Ondas Mecánicas

[pic 12]

Grafico 2. Características de ondas mecánicas.

Ejemplos de ondas y fenómenos ondulatorios en general, son los sonidos musicales, el vibrar de una cuerda, los sismos, las olas en el océano, las ondas de presión, la luz, rayos ultravioletas, las micro ondas, etc. De ellas unas son ondas mecánicas y otras ondas electromagnéticas.

Las ondas mecánicas son aquellas que necesitan un medio físico y elástico para transmitirse. Las ondas electromagnéticas no lo necesitan; lo pueden hacer en el espacio vacío.

Tenemos tres tipos de ondas: las transversales, las longitudinales y las combinadas.

Ondas transversales: son aquellas cuando el movimiento oscilatorio del medio en el que se transmite, es perpendicular (transversal) a la dirección de propagación o traslación de la onda. Ejemplo es el movimiento ondulatorio de una soga agitada en uno de sus extremos.

Ondas longitudinales: Son aquellas cuando el movimiento oscilatorio del medio en el que se transmite, tiene la misma dirección de la de propagación o traslación de la onda. Ejemplo es el movimiento oscilatorio de un pistón dentro de un tubo comprimiendo algún fluido.

Ondas combinadas (transversal y longitudinal): Es el caso de un canal abierto con algún líquido, que es perturbado con un tabique móvil en uno de sus extremos, en la dirección longitudinal del canal.

Semejanzas entre los diferentes tipos de onda:

  • La perturbación viaja y se propaga por el medio con una velocidad v llamada velocidad de onda o de propagación, determinadas en cada caso por las propiedades materiales del medio. Esta velocidad no es la misma que la de las partículas del medio que generan la perturbación.
  • El medio no viaja en el espacio. Sus partículas tienen movimientos oscilatorios ya sean verticales u horizontales alrededor de un punto de equilibrio. Lo que viaja es el patrón de perturbación.
  • Al poner en movimiento estos sistemas, existe una aportación de energía que es la que se transmite, realizando trabajo mecánico. La onda transmite energía mas no materia.

Velocidad de propagación y de oscilación de una onda

La velocidad de propagación v se refiere a la traslación de la onda, mientras que la de oscilación se refiere a la velocidad que tiene la perturbación en los extremos, ya sea para la onda transversal o para la longitudinal; las dos velocidades son totalmente diferentes. Mientras que la frecuencia, frecuencia angular y período son iguales tanto para la onda de propagación, así como para el movimiento oscilatorio de la perturbación (M.A.S.).

longitud de onda; T: período; w: frecuencia angular.[pic 13]

[pic 14]

Función de onda

La función de onda y es la descripción de la posición de cualquier partícula para cualquier instante; por lo tanto y=y(x,t) , es decir y depende de x y de t, donde que x es el desplazamiento realizado por la onda y t el tiempo transcurrido desde la posición x=0.

Si se hace coincidir el MAS con el eje de las y, y el movimiento de la onda con el eje de las x, para el MAS tenemos:

 [pic 15]

[pic 16]

(2) en (1)

[pic 17]

tx, w en (3)

)[pic 18]

)[pic 19]

[pic 20]

[pic 21]

[pic 22][pic 23]

[pic 24]

Número de onda K: Es el cociente entre 2π radianes y la longitud de onda .[pic 25]

[pic 26]

[pic 27]

           (5)[pic 28]

(5) en (4)

[pic 29]

[pic 30]

[pic 31]

[pic 32]

Velocidad y aceleración de partículas en una onda senoidal:

[pic 33]

[pic 34]

Superposición de ondas

Cuando dos ondas están viajando en la misma dirección, se puede obtener la función de onda total de ellas sumando algebraicamente, los desplazamientos individuales de cada una de las dos ondas; así:

[pic 35]

Grafico 3. Superposición de ondas

[pic 36]

[pic 37]

[pic 38]

[pic 39]

Ondas estacionarias

Una onda que llega a una frontera del medio de propagación ésta se refleja, de tal manera que la onda resultante es la suma de las dos: la onda incidente y la onda reflejada.

Dependiendo de la condición de frontera, la onda reflejada se invierte o no; cuando no se invierte ésta, se produce la onda estacionaria que consiste en una onda que a la vista humana solamente oscila en el plano transversal, pero no hay desplazamiento en la dirección longitudinal. Es un efecto óptico.

[pic 40]

Grafico 4. Ondas Estacionarias

Para el caso de ondas estacionarias   son iguales, tanto para la onda incidente y la reflejada; entonces:[pic 41]

[pic 42]

[pic 43]

 La función de onda resultante que es la onda estacionaria, se deduce de la siguiente manera:

[pic 44]

[pic 45]

[pic 46]

[pic 47]

     (1)[pic 48]

Por trigonometría una diferencia de cosenos como el caso anterior, es equivalente a:

[pic 49]

[pic 50]

      (2)[pic 51]

(2) en (1)

[pic 52]

[pic 53]

[pic 54]

La función anterior es la función de onda estacionaria de una cuerda con un extremo fijo, donde que Ae es la amplitud de esta nueva onda y es el doble de la onda simple.

Nodos y antinodos:

Los nodos de una onda estacionaria, son los puntos que coinciden con el eje x y los antinodos con los puntos más altos de la onda.

Para determinar la posición de los nodos, se considera que ellos se producen cuando el senkx=0; es decir cuándo:

 [pic 55]

[pic 56]

[pic 57]

[pic 58]

Mientras que los antinodos están desfasados de los nodos en λ/4:

[pic 59]

[pic 60]

Longitud total de la onda estacionaria:

La longitud total de la onda estacionaria L se puede calcular en base al número de nodos con las siguientes expresiones matemáticas, donde que n es el número de nodos a lo largo de la onda.

  1. Sin tomar en cuenta los nodos de los extremos.

[pic 61]

  1. Tomando en cuenta los nodos de los extremos.

[pic 62]

  1. Tomando en cuenta los extremos como medios nodos

[pic 63]

  1. ACTIVIDADES A DESARROLLAR

  • Utilizando el laboratorio virtual explicado y establecido en clases, realizar las siguientes actividades.
  • Práctica 1: Determinar la ecuación de onda de la cuerda del laboratorio y la posición y de las partículas para diferentes posiciones en un determinado tiempo, con las siguientes condiciones de frontera: oscilador; sin extremo. Los datos de entrada son la amplitud y la frecuencia con dos cifras decimales y a criterio de cada uno de los estudiantes.
  • Práctica 2: Repetir la Práctica 1, cambiando los datos de entrada.
  • En el marco teórico pueden utilizar la parte teórica utilizada en clases con respecto al movimiento ondulatorio y solamente ordenar de mejor manera la presentación y agregar gráficos y figuras o lo que sea pertinente de acuerdo a lo que se pide.
  • En GeoGebra graficar las funciones de onda y hacer una captura de cada una de ellas.
  • Responder el cuestionario.
  • Sacar 2 conclusiones y 2 recomendaciones.
  • Bibliografía.
  1. RESULTADOS OBTENIDOS

TABLA DE DATOS

Tabla 2. Datos dimensionales de la práctica.

Parámetro Físico

Dimensión

Símbolo

Unidades

Amplitud

L

A

[pic 64]

Angulo de fase

1

Φ

[pic 65]

Tiempo

[pic 66]

[pic 67]

[pic 68]

Frecuencia

[pic 69]

f

Hz

Velocidad de fase

[pic 70]

v

m/s

Periodo

T

T

s

Numero de onda

[pic 71]

K

rad/m

Longitud de onda

L

[pic 72]

[pic 73]

Frecuencia angular

[pic 74]

w

rad/s

ENSAYO 1. Determinación de la ecuación de onda de la cuerda del laboratorio y la posición y de las partículas para diferentes posiciones en un determinado tiempo.

Datos de entrada:  ;   ;  [pic 75][pic 76][pic 77]

[pic 78]

Grafico 5. Simulación del ensayo 1

Tabla 3.  Toma de datos y cálculos de la posición y de

las partículas de la onda para      diferentes posiciones.

t = 3.79 s

yt =Teórico(cm.)

ye =Exper.(cm.)

Error %(100-ye/yt)

[pic 79]

-0.38

-0.25

34.21%

[pic 80]

-0.12

-0.12

0%

[pic 81]

0.54

0.60

11.11%

[pic 82]

-0.54

-0.50

7.40%

[pic 83]

0.13

0.15

15.38%

Tabla 4.  Resultados pedidos

w(rad/s)

k(rad/cm)

[pic 84]

[pic 85]

Función de Onda

14.14

2.24

0.44

1.24

[pic 86]

CÁLCULOS

                [pic 87]

[pic 88]

[pic 89]

[pic 90]

[pic 91]

[pic 92]

[pic 93]

[pic 94]

[pic 95]

Cálculos de la posición Y:

[pic 96]

[pic 97]

  •                     [pic 98]

              [pic 99]

          [pic 100]

 

  • [pic 101]

                                 [pic 102][pic 103]

            [pic 104]

  • [pic 105]

              [pic 106]

           [pic 107]

  • [pic 108]

              [pic 109]

            [pic 110]

  • [pic 111]

              [pic 112]

            [pic 113]

Cálculos del Error Porcentual:

[pic 114]

  • [pic 115]

[pic 116]

[pic 117]

  • [pic 118]

[pic 119]

[pic 120]

  • [pic 121]

[pic 122]

[pic 123]

  • [pic 124]

[pic 125]

[pic 126]

  • [pic 127]

[pic 128]

[pic 129]

Función de onda General:

[pic 130]

[pic 131]

[pic 132]

[pic 133]

[pic 134]

[pic 135]

rad[pic 136]

[pic 137]

GRAFICACIONES:

[pic 138]

Grafico 6. Función de onda 

ENSAYO2. Determinación de la ecuación de onda de la cuerda del laboratorio y la posición y de las partículas para diferentes posiciones en un determinado tiempo 

Datos de entrada:  ;   ;  [pic 139][pic 140][pic 141]

[pic 142]

Grafico 7. Simulación del ensayo 2

Tabla 5.  Toma de datos y cálculos de la posición y de

las partículas de la onda para      diferentes posiciones.

t = 3.79 s

yt =Teórico(cm.)

ye =Exper.(cm.)

Error %(100-ye/yt)

[pic 143]

0.19

0.17

10.52%

[pic 144]

-0.96

-0.95

1.04%

[pic 145]

-0.34

-0.30

11.76%

[pic 146]

0.90

0.90

0%

[pic 147]

0.49

0.40

18.36%

...

Descargar como  txt (16.4 Kb)   pdf (880.6 Kb)   docx (1.3 Mb)  
Leer 14 páginas más »
Disponible sólo en Essays.club