Propagación de Ondas en dos Profundidades

Propagación de Ondas en dos Profundidades

LD
Hojas de
Física
Mecánica
Teoría ondulatoria
Propagación de ondas de agua
P1.6.4.3
Propagación de
ondas de agua
en dos profundidades
diferentes
Objetivos del experimento
g Observación de la propagación de ondas de agua en dos profundidades diferentes
g Comparación de las longitudes de onda y de las velocidades de ondas de agua en dos profundidades distintas, en función
de la frecuencia
Fundamentos
Para observar la propagación de las ondas de agua en profundidades distintas se ubica una placa planoparalela a lo
largo de la cubeta de ondas llena de agua. Así, surgen zonas
con dos profundidades distintas, en las que se determina la
velocidad de onda de ondas de agua rectilíneas.
Mientras la profundidad del agua no supere la longitud de
onda, la velocidad de onda aumenta con dicha profundidad.
Esto será tanto más notorio cuanto menor sea la profundidad
del agua. Por ello, las zonas con distintas profundidades
representan, al comparar con los experimentos en medios
ópticos, distintas “densidades ópticas". Los medios ópticos
de mayor densidad corresponden a zonas de menor profundidad y los de menor densidad a zonas más profundas.
0606-Brn
Fig. 1
1
Propagación de ondas de agua en dos profundidades diferentes
(foto)
P1.6.4.3
LD Hojas de Física
Realización
Materiales
1 cubeta de ondas con estroboscopio a motor
1 regla o cinta métrica
401 501
– Para comparar cuantitativamente las longitudes de onda,
p. ej. 311 77
además:
detergente
–
Montaje
El montaje del experimento se muestra en la figura 2.
– Ubicar la cubeta de ondas libre de perturbaciones, ateniéndose siempre a sus instrucciones de uso. Usar un nivel de
burbuja de aire y cuidar que la placa de vidrio yazga en una
posición perfectamente horizontal. No llenar aún con agua la
cubeta de ondas.
– Ubicar la placa planoparalela de vidrio acrílico transparente
en la cubeta de ondas (ver figura 3).
– Echar agua en la cubeta con cuidado hasta alcanzar una
profundidad de 2 a 3 mm aproximadamente respecto de la
superficie de la placa planoparalela.
– Conectar el generador para ondas rectilíneas y ubicarlo
sobre dicha placa (ver figura3).
– Girar la placa del estroboscopio con el tornillo de cabeza
moleteada (f) apartándola del paso de la luz, de manera que
la hoja de vidrio del fondo de la cubeta sea iluminada por
completo.
– Seleccionar con la perilla (e) una frecuencia de aproximadamente 20 Hz y con la perilla (d) elevar con cuidado la amplitud de la excitación hasta que se formen claros frentes de
onda (ver instrucciones de uso para la cubeta de ondas).
Cambiar la profundidad del agua en caso de que no aparezcan
con claridad las ondas rectilíneas sobre la placa planoparalela.
– Ajustar la profundidad de inmersión del generador con el
tornillo de ajuste (h).
– Agregar un poco de agua en la cubeta de ondas.
En caso de que las longitudes de onda sobre y al lado de la
placa planoparalela no se diferencien de manera suficiente:
– Dejar salir un poco de agua de la cubeta.
–
–
encender el estroboscopio mediante el interruptor (a), después de unos segundos de funcionamiento retocar, eventualmente, el ajuste fino de la sincronización de la frecuencia
de excitación y de la del estroboscopio con la perilla (b) hasta que aparezca la imagen inmóvil de las ondas.
Medir las longitudes de onda en ambas zonas. Para ello,
medir sobre la pantalla de observación (g) las distancias de
entre 5 y 10 frentes de onda. A la hora de averiguar la longitud de onda prestar atención a la escala.
Comparar la velocidad de propagación y las longitudes de
onda en ambas zonas de la cubeta de ondas.
Medir distintas longitudes de onda para frecuencias de excitación de entre 10 Hz y 40 Hz.
Ejemplo de medición
En la figura 1 se muestra una foto como ejemplo de medición
para una frecuencia de excitación f = 20 Hz
Tabla 1: Comparación con la longitud de onda λ y la velocidad
de onda v en la zona 1 (profundidad de aprox. 3 mm) y en la
zona 2 (profundidad de aprox. 7 mm) para distintas frecuencias
de excitación f.
f
Hz
λ1
cm
m ⋅ s-1
v1
λ2
cm
m ⋅ s-1
10
1,6
16
2,2
22
20
1,4
28
1,6
32
30
0,83
25
0,87
26
40
0,66
26
0,68
27
v2
Resultados
El borde de la placa planoparalela representa una línea de
frontera entre dos zonas de distinta profundidad con, a su vez,
distinta velocidad de propagación y longitud de onda. Las ondas
corren en el agua de baja profundidad más lentamente que en el
agua profunda, y la longitud de onda disminuye en el agua de
baja profundidad.
El agua de poca profundidad corresponde, en la luz, a un medio
ópticamente más denso, o sea, por ejemplo, a un cuerpo de
vidrio. El agua de mayor profundidad corresponde, por su parte,
a un medio ópticamente menos denso como, por ej., el aire.
A medida que aumenta la frecuencia, el efecto es cada vez
menos notorio, hasta que, por encima de los 40 Hz, ya es
imposible de observar.
Fig. 2
Montaje del experimento para la propagación de ondas de agua
en dos profundidades diferentes
a interruptor del estroboscopio
b perilla (ajuste fino de la frecuencia del estroboscopio)
c botón (generación de ondas individuales)
d perilla (selección de amplitud para la generación de ondas)
e perilla (ajuste fino de la excitación de ondas)
f tornillo de cabeza moleteada (giro manual de la placa del estroboscopio)
g pantalla de observación
Fig. 3
Disposición de la placa planoparalela de vidrio acrílico y conexión
del generador para ondas rectilíneas
h tornillo de ajuste (selección de la profundidad de inmersión)
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