Ensayos

Laboratorio de Física I

Práctica de laboratorio N°4

EXPERIENCIA DE MELDE

INFORME

Integrantes Grupo 3:

ESPINO REYNA, KEVIN STEVENS


Especialidad: Ing. Electrónica

Profesor: Emir Vela

Semana 7

Fecha de realización: 16 de mayo

Fecha de entrega: 23 de mayo

2013 – I




1) Introducción
El presente informe brinda información sobre el cuarto laboratorio deFísica I, el cual busca demostrar la “Experiencia de Melde”. Esta experiencia estudia las ondas estacionarias producidas en una cuerda, un lado está atado a un vibrador eléctrico mientras que el otro extremo pasa por una polea y es tensada por una masa.
Este experimento aclara que las ondas mecánicas experimentan fenómenos de interferencia. Además revela que cuando las ondas mecánicas viajan en sentidocontrario forman puntos inmóviles, denominadas nodos. Estas ondas fueron denominadas estacionarias ya que la posición de los nodos y los puntos de vibración permanecen estáticos.



2) Objetivos
a) Determinar experimentalmente la relación entre la tensión en la cuerda y el número de segmentos de la onda estacionaria.
b) Determinar experimentalmente la relación entre la frecuencia deoscilación de la cuerda y el número de segmentos de la onda estacionaria.
c) Calcular la densidad lineal de la cuerda utilizada.
d) Investigar el movimiento de un sistema masa-resorte que oscila próximo a su frecuencia natural.


3) Materiales
String Vibrator
Sine Wave Generator
Resortes
Cuerda
Varillas
Pies soporte
Polea
Pesas con porta pesas
Regla métrica

4) Fundamento TeóricoOndas estacionarias
Se denomina “ondas estacionarias” a las ondas cuyos nodos permanecen inmóviles. No hay transporte de materia, solo de energía pura.
Cuando las ondas están confinadas en el espacio como, por ejemplo ocurre con las ondas en una cuerda de piano, éstas viajan de un lado al otro reflejándose en los extremos fijos y, por ende, en todo momento existen ondas propagándose en los dossentidos. Dependiendo de la longitud y características de la cuerda, existen ciertas frecuencias (modos resonantes o modos normales de vibración) para las cuales la superposición, de las ondas que se propagan en ambos sentidos, resulta constructiva produciendo un esquema vibratorio estacionario denominado onda estacionaria, y estas frecuencias corresponden a las frecuencias de resonancia del sistema(fundamental o armónico, armónico, armónico, etc.).

Ecuación de la onda incidente, sentido (→)
y = A kx−ωt

Ecuación de la onda reflejada, sentido (←)
y= A kx+ωt

Nota: k representa el número de ondas; k = 2π λ y ω es la frecuencia angular
ω = 2π T, siendo λ y T la longitud de onda y el periodo, respectivamente.


Aparecen ondas estacionarias sólo en aquellos casos que cumplan lacondición de que la longitud de la cuerda sea un múltiplo entero de la semilongitud de onda.



En una onda estacionaria se distinguen los nodos, los cuales son aquellos puntos donde la amplitud es nula, por lo tanto, no hay vibración; los vientres o antinodos de la onda estacionaria, por el contrario, son los puntos en donde la vibración se produce con la máxima amplitud posible.
La distanciaentre dos nodos consecutivos es igual a media longitud de onda. En efecto, un nodo cualquiera, situado en la posición Xm, cumple la condición:





La frecuencia más baja para la que se observan ondas estacionarias en una cuerda de longitud L es la que corresponde a n = 1. Ésta se denomina frecuencia fundamental y cuando la cuerda vibra de este modo no se presentan nodos intermedios entre susdos extremos.







Fig. 4.1 (Los 3 primeros armónicos)



Velocidad de propagación de las ondas en una cuerda
En una cuerda de densidad lineal µ (masa por unidad de longitud) sometida a la tensión T, la velocidad de propagación de una onda viene dada por:





Considerando además la relación entre la velocidad de propagación, la frecuencia y la longitud de onda, v = f.λ,...