Tp Ondas Fisica Fiuba

1.- RESUMEN

El objetivo de la experiencia del trabajo práctico de ondas mecánicas consiste en determinar, a través de mediciones directas de la longitud del tubo utilizado de acuerdo al mecanismo de sistema propuesto de vasos comunicantes, la velocidad de propagación del sonido por resonancia manteniendo la frecuencia constante.

2.- Objetivos

• Medición de lavelocidad del sonido por resonancia sin modificar la frecuencia.

3.- Introducción teórica

Las ondas mecánicas so originadas cuando se provoca una perturbación en un medio determinado (principalmente elástico) cuyo fin es la transmisión de información o energía de un lugar a otro. Sin embargo, las partículas no desplazan sino que al pasar la onda, oscilan y alrededor de su posición deequilibrio. Dicha oscilación responde a un movimiento conocido: Movimiento Oscilatorio Armónico Simple (MOAS); cuya posición de onda está dada por la siguiente ecuación funcional:
Y(x,t) =A sen(Kx ± Ωt + φ0)
Siendo:
- A: amplitud de onda.
- K: número de onda.
- Ω: frecuencia angular.
- φ0: situación inicial.
- ±: sentido de desplazamiento.- x: desplazamiento recorrido.
- t: tiempo de recorrido.
- Y(x,t): posición respecto del equilibrio.

A menudo, se observan a dos o más ondas desplazarse simultáneamente por la misma región; cuando se combinan en un mismo punto, el desplazamiento de una partícula en un determinado momento se produce una superposición de cada onda actuante (cuyo análisis matemático se interpretacomo la suma de cada ecuación de posición). Dichas superposiciones se expresan de distintas maneras en referencia al las características de las ondas:
1. Ondas de batido: ondas cuyas frecuencias son distintas pero comparten la misma dirección y sentido.
2. Ondas de interferencia: las ondas participantes presentan misma frecuencia, dirección y sentido.
3. Ondasestacionarias: tienen misma frecuencia y dirección pero sentido opuesto.

En nuestra experiencia, estudiaremos el caso de ondas estacionarias por resonancia y para ello nos referiremos aún más acerca de este tipo de ondas y también a la resonancia.
Una onda estacionaria es el resultado de una superposición de dos ondas cada una de las cuales presenta una misma frecuencia y se desarrolla enla misma dirección, aunque sus sentidos se oponen (Y1 = -Y2). Esta última característica que las diferencia permite clasificar ambas ondas superpuestas en: Ondas Progresivas (desplazamiento en sentido positivo, de acuerdo a un sistema de referencia elegido) y Ondas Regresivas (adoptan un desplazamiento negativo, utilizando la referencia anterior). De esta manera, podemos aplicar la ecuación delmovimiento a las ondas estacionarias:

Y1 = A sen(Kx - Ωt + φ0) (Progresiva)
Y2 =A sen(Kx + Ωt + φ0) (Regresiva)

Sumando las expresiones para obtener la onda estacionaria resultante:

YOE = Y1 + Y2 = 2A sen(Kx) sen(Ωt)

Otra característica que presentan las ondas estacionarias es la presencia de nodos (puntos en común entre ambas ondas superpuestas dondesu desplazamiento es nulo en todo momento) y de antinodos o vientres (puntos en donde el desplazamiento oscila con amplitud máxima).

Ahora nos queda definir resonancia: un sistema sonoro vibra por resonancia cuando se le aplica una perturbación externa cuya frecuencia se asemeja a la propia o natural del sistema.
Una onda sonora en tubo abierto con un extremo cerrado presenta unmovimiento senoidal que varía de acuerdo a la modificación de la longitud de la columna de aire del tubo, lo que permite hacer una clasificación de sonidos en armónicos:
• 1º armónico: es una cuarta parte de la longitud de onda.
• 2º armónico: representa una tres cuarta parte de la longitud de onda.
• 3º armónico: son las cuatro quinta partes de la longitud de onda....