Ondas estacionarias en una cuerda

1. Resumen
2. Introducción y objetivos
3. Ondas estacionarias
4. Materiales
6. Datos
7. Resultados
8. Análisis de las causas de Incertidumbre y Error
9. Análisis de Resultados
10. Conclusiones
11. Bibliografía

1. Resumen

En esta práctica se experimento y estudio la creación de ondas estacionarias utilizando un vibrador con frecuencias definidas como pulsador, unas masas para crear tensión y una cuerda como medio de propagación. Por medio de los valores hallados, se encontraron las frecuencias experimentales se pudo comparar estas con las teóricas, hallando los errores porcentuales.

2. Introducción y objetivos

El análisis del movimiento (generado mediante un vibrador) de una cuerda tensa resulta de gran importancia en nuestro curso de Física II. Comprender como es el movimiento de la cuerda a ciertas frecuencias bajo circunstancias determinadas y controladas en un laboratorio nos ayuda a tener un mejor concepto de cómo podemos utilizar mejor los resultados y darles una mejor aplicación en múltiples campos de nuestra vida.

Dentro de los objetivos de la práctica se pueden destacar los siguientes:

• Estudiar la propagación de ondas armónicas transversales en una cuerda tensa y la forma en que se superponen para dar lugar a ondas estacionarias.

Ondas estacionarias

Al hablar de ondas estacionarias se debe sobrentender que son el resultado de una superposición de ondas transversales al reflejarse ya que le extremo del medio donde se propagan, es fijo. Toda onda transversal propagada en una cuerda, contiene sus propias características que son su velocidad, amplitud y su frecuencia (f); y estarán afectadas por la constante que define la densidad lineal de la cuerda.

T = tensión de la cuerda.

Se puede definir longitud de onda como la distancia mínima entre dos puntos cuales quiera sobre una onda que se comporta idénticamente. La frecuencia de estas ondas periódicas es definida como la tasa en el tiempo a la cual la perturbación se repite a si misma. Las ondas viajan con una velocidad especifica, la cual depende de las propiedades del medio perturbado.

3. Materiales

• Vibrador
• Regla de madera con precisión de ± 0.1
• Cuerda con una densidad lineal de
• Pesas de 20, 50, 70 y 100 gramos
• Polea que fue utilizada como soporte para la cuerda

4. Procedimiento

Se empleo un vibrador que producía un tren de ondas senoidales a una cuerda de longitud L; en donde estas se reflejaban en el extremo opuesto produciendo ondas estacionarias siempre y cuando la tensión, la frecuencia y la longitud de la cuerda tuvieran valores apropiados.

La tensión de la cuerda se ajusto colgando pesos de 20, 40,60, 80, 100 gramos.

Para cada masa, se aplico frecuencias de 30, 60 y 130 Hz; y se determino el experimental ubicándolo por medio de una formula la cual nos arrojaba el teórico. Por medio de estos resultados, se hallo la velocidad.

5. Datos

Tabla de frecuencia de 30

Masa (g)	Tensión (Dn)	Velocidad (cm/s)	l (cm)	Frecuencia (Hz)	Error % de F
20	19600 ± 200	2064.2 ± 1.28	80.6 ± 0.05	25.6 ± 0.03	14.6 %
50	49000 ± 500	3263.8 ± 1.33	123 ± 0.05	26.5 ± 0.02	11.6 %
70	68600 ± 700	3861.7 ± 1.31	147.4 ± 0.05	26.2 ± 0.02	12.6 %
100	98000 ± 1000	4615.7 ± 1.32	175 ± 0.05	26.4 ± 0.02	12.1 %

Tabla de frecuencia de 60

Masa (g)	Tensión (Dn)	Velocidad (cm/s)	l (cm)	Frecuencia (Hz)	Error % de F
20	19600 ± 200	2064.2 ± 2.98	34.6 ± 0.05	59.7 ± 0.17	0.5 %
50	49000 ± 500	3263.8 ± 3.02	54 ± 0.05	60.4 ± 0.11	0.73 %
70	68600 ± 700	3861.7 ± 3.00	64.4 ± 0.05	60 ± 0.09	0 %
100	98000 ± 1000	4615.7 ± 3.07	75.2 ± 0.05	61.4 ± 0.08	2.3 %

Tabla de frecuencia de 130

Masa (g)	Tensión (Dn)	Velocidad (cm/s)	l (cm)	Frecuencia (Hz)	Error % de F
20	19600 ± 200	2064.2 ± 5.67	18.2 ± 0.05	113.4 ± 0.62	12.7 %
50	49000 ± 500	3263.8 ± 6.04	27 ± 0.05	120.9 ± 0.45	7 %
70	68600 ± 700	3861.7 ± 5.96	32.4 ± 0.05	119.2 ± 0.37	8.3 %
100	98000 ± 1000	4615.7 ± 6.14	37.6 ± 0.05	122.7 ± 0.33	5.5 %

6. Resultados

Tanto la frecuencia nominal como las masas no tienen incertidumbre ya que son valores verdaderos.

Para encontrar los datos se utilizaron las siguientes formulas.

El valor de fue tomado experimentalmente pero lo tomamos como verdadero y el valor de fue tomado con la regla.

7. Análisis de las causas de Incertidumbre y Error

• La masas, al igual que la densidad lineal de la cuerda, de definieron como valores convencionalmente verdaderos
• La incertidumbre de será de ± 0.05 cm ya que la tomamos con regla con una precisión de ± 0.1cm
• Para encontrar la incertidumbre asociada a la velocidad utilizaremos el método de derivadas parciales.

Como la formula para encontrar los datos son divisiones o productos utilizaremos las siguientes formulas para encontrar las incertidumbres.

La incertidumbre

La incertidumbre

La incertidumbre

La incertidumbre

errores porcentuales.

El error porcentual se define como

7. Análisis de Resultados

lpkupj

poi

Conclusiones

• Las ondas estacionarias se producen al tener bien definidas la tensión, la longitud del factor causante con el extremo reflector
• El teórico es solo una ayuda para encontrar el adecuado para producir ondas estacionarais, ya que el medio y el vibrador no son perfectos y cuentan con variaciones en sus acciones.
• La longitud de onda puede variar en un mismo sistema siempre y cuando encuentre otro punto de resonancia.
• En una onda estacionaria el patrón de la onda no se mueve, pero si lo hacen los elementos de la cuerda.
• Si las frecuencias asociadas son muy altas las velocidades también lo serán.
• En la tabla de datos podemos observar que los errores bajos por lo tanto el laboratorio fue bien hecho

Bibliografía

• Serway, Raymond A. Física. Tomo I, Cuarta edición. Ed. Mc. Graw Hill.
• Rodríguez, Luis Alfredo. Guías de Laboratorio para Física II. Pontificia Universidad Javeriana, Facultad de Ingeniería

 

Presentado por:

Ángela María Arbelaez

Carolina Ospina

Alfredo Barajas Martín