Experiencia de Melde: Movimiento vibratorio

INTRODUCCIÓN

En la experiencia Nº2 hemos realizado el experimento de Melde, que fue realizado por el físico alemán Franz Melde sobre las ondas estacionarias producidas en un cable tenso unido a un pulsador eléctrico.
Este experimento pudo demostrar que las ondas mecánicas experimentan fenómenos de interferencia. Ondas mecánicas viajando en sentido contrario forman puntos inmóviles,denominadas nodos. Estas ondas fueron denominadas estacionarias por Melde ya que la posición de los nodos y los vientres (puntos de vibración) permanece estática.
Las ondas transversales mecánicas producidas en una cuerda impulsada por un vibrador eléctrico, viajan a una polea que conduce al otro extremo del mismo, donde es producida una determinada tensión sobre el cable. Al encontrarse ambas ondasviajando en direcciones opuestas se produce un fenómeno de interferencia de ondas. Al tensarse apropiadamente la cuerda, manteniendo la distancia entre el pulsador eléctrico y la polea, se producen ondas estacionarias, en las cuales existen puntos de su trayectoria denominados nodos que permanecen inmóviles.
En la actualidad, si bien el experimento de Melde permitió el reconocimiento y estudio de lasondas estacionarias, ello no quedó limitado a ese campo. Las ondas estacionarias son un fenómeno con implicancias muy importantes en el campo de la acústica y el fenómeno de la reflexión e interferencia constructiva de las ondas.






PRINCIPIOS TEÓRICOS
ONDA:
La onda es una propagación que se produce al perturbar algún medio físico en función de la posición y el tiempo , dicha funciónes una función de onda si verifica la siguiente ecuación:


En función del medio en que se propagan las ondas se clasifican en:
*Ondas mecánicas: Estas ondas necesitan de un medio elástico para propagarse, las partículas oscilan alrededor de un punto fijo por lo que no hay transporte de materia. Ejemplo: ondas sonoras, ondas elásticas.
*Ondas electromagnéticas: Este tipo de ondas nonecesitan de un medio físico para propagarse ya que resultan de la interacción de un campo eléctrico con un campo magnético asociado.
En función de la dirección de la perturbación las ondas se clasifican en:
*Ondas longitudinales: Las partículas se mueven paralelamente en la dirección de la propagación.
*Ondas transversales: Las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación.ECUACIÓN DE ONDA:
La ecuación de onda es una ecuación diferencial que describe la evolución de una onda simple a través del tiempo.


En el laboratorio se utilizo una “onda estacionaria” que se define como la suma de dos ondas que se propagan en sentido opuesto con la misma amplitud y frecuencia y una frontera bloquea la propagación de la onda.
ELEMENTOS DE LA ONDA:
-Cresta: Es el punto más altode la amplitud.
-Valle: Es el punto más bajo de la amplitud.
-Amplitud: Es la distancia perpendicular hacia desde la cresta hacia el punto medio de la onda.
-Longitud: Distancia entre dos crestas consecutivas.
-Nodo: es la superposición en 180 grados de dos ondas en sentido opuesto.






PROPAGACIÓN DE UNA ONDA EN CUERDAS:
La velocidad de una onda a través de una cuerda en vibraciónes directamente proporcional a la raíz cuadrada de la tensión (T) de la cuerda y su densidad lineal (p).

*La velocidad de onda en función de su longitud (h) y frecuencia (v):

De estas dos relaciones se obtiene la tensión aplicada en términos de la longitud de onda producida:




DETALLES EXPERIMENTALES

Equipos y Materiales:
- Vibrador eléctrico
- 1 soporte universal
- 1 polea
-juego de pesas y porta pesas
- 1 cuerda delgada
- 1 regla de madera/metálica de 1m
- balanza de triple brazo
- balanza digital

Procedimiento:
1. Se pesa la masa de la cuerda en la balanza de triple brazo, previamente calibrada (0.7g) y la masa del porta pesas (49g) en la balanza digital; luego se fija la cuerda por un extremo al vibrador eléctrico, que está sujeto al soporte universal;...