laboratorio 2

LABORATORIO 2

“AMIGOS DE LA TIERRA”NICOLAS GARCIA VILLEGAS

CURSO: 1105 COD: 10

PROFESORJOSE JAIME HURTADO

COLEGIO SALESIANO DE LEON XIIIAREA DE CIENCIAS NATURALES (FISICA)

BOGOTA DCMAYO 10 DE 2010

AMIGOS DE LA TIERRA

LEMA: “Construyendo siempre un mundo mejor”

MISION: Identificar los grandes problemas que surgen en nuestro planeta y aplicarlos dentro de la física.

VISION: Ser el grupo más activo dentro del salón en cuanto a las dando las mejores alternativas de solución a los problemas.

OBJETIVOS:

1. Ser puntual en la entrega de trabajos y consultas propuestos.

2. Aplicar los conceptos vistos en clase a situaciones de la vida cotidiana.

3. Respetar la opinión de los demás y favorecer un buen ambiente de trabajo.

INTRODUCCION

A partir de este trabajo se pueden mostrar los resultados obtenidos en la práctica, la cual estaba compuesta por dos partes: una en la cual se mostraba el período de oscilación de un péndulo simple con una longitud determinada, y otra mediante la cual se explicaba el comportamiento de las ondas presentes en la naturaleza.

Además, en este informe también vamos a ver unas gráficas, las cuales nos van permitir entender mejor los resultados obtenidos.

OBJETIVOS

1. PRIMERA PARTE: PENDULO SIMPLE

1.1. OBJETIVO GENERAL

Aplicar el conocimiento que poseemos sobre el tema de los péndulos a una situación de la vida cotidiana a partir de esta práctica de laboratorio.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar las clases de péndulos presentes en la naturaleza.

Calcular el tiempo que tarda un cuerpo en realizar un determinado número de oscilaciones.

Llevar un registro ordenado de los resultados obtenidos en la práctica usando tablas de datos y gráficas.

2. SEGUNDA PARTE: COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar los comportamientos presentes en las ondas de la naturaleza de acuerdo a la velocidad que viajan y la densidad del medio donde se encuentran (agua, tierra, aire, etc.)

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Explicar el comportamiento de las ondas usando muelles y dos tipos de pita.

Describir el fenómeno que la onda presenta en cada caso.

Aplicar dichos fenómenos a situaciones de la vida cotidiana.

PROBLEMA


¿Cómo varía el período de un péndulo simple con su longitud?

El período de un péndulo es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la longitud, es decir, si la longitud del péndulo se reduce a una cuarta parte, entonces el período se reduce a la mitad y si multiplico la longitud por cuatro, entonces el período se duplica.

2. SEGUNDA PARTE: COMPORTAMIENTOS DE LAS ONDAS

¿Cómo varía la velocidad de propagación de una onda?

La velocidad de propagación de una onda puede variar de acuerdo a la densidad del medio donde se encuentre, algunas veces viaja más rápido en medios más densos y otras veces viaja más rápido en medios menos densos, como es el caso del sonido y de la luz, respectivamente.

MARCO TEORICO


Péndulo simple es una masa puntual que pende de un hilo inextensible de masa despreciable. Si el péndulo se suelta después de haberlo separado de la posición de equilibrio comienza a oscilar alrededor de dicha posición.

Sobre el péndulo actúan el P y la tensión. Podemos decir que el peso se descompone en una componente normal m.g.cos θ, y una componente tangencial de valor m.g.sen θ. Este es positivo si estamos desplazado el cuerpo hacia posiciones negativas y negativo cuando el péndulo se desplaza hacia posiciones positivas.

Esta componente tangencial es la que actúa como fuerza restauradora.

F = -m.g.sen θ.

Si no es demasiado grande (15º- 20º) sen θ es aproximadamente θ si lo expresamos en radianes.

Por tanto F = -m.g.sen θ ≈ -m.g.θ.

El arco de circunferencia es como una recta y por tanto

sen θ ≈ θ = x/l

F = -m.g.x/l

Como:

F = m.a

m.a = -m.g.x/l

a = -g.x/l

Como:

a = -w².x

-w².x = -g.x/l

w² = -g/l

y como:

w = 2.π/T

4.π²/T² = g/l

T = 2.π.√l/g

El periodo de un péndulo simple que oscila bajo pequeños ángulos de separación depende de la longitud del péndulo, pero es independiente de la masa.

Un péndulo simple es un oscilador armónico solo si el ángulo es pequeño.

El periodo de oscilación de un péndulo en la Tierra es de 1,5 s.


La velocidad de una onda en la materia depende de la elasticidad y densidad del medio. En una onda transversal a lo largo de una cuerda tensa, por ejemplo, la velocidad depende de la tensión de la cuerda y de su densidad lineal o masa por unidad de longitud. La velocidad puede duplicarse cuadruplicando la tensión, o reducirse a la mitad cuadruplicando la densidad lineal. La velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío (entre ellas la luz) es constante y su valor es de aproximadamente 300.000 km/s. Al atravesar un medio material esta velocidad varía sin superar nunca su valor en el vacío.

Cuando dos ondas se encuentran en un punto, el desplazamiento resultante en ese punto es la suma de los desplazamientos individuales producidos por cada una de las ondas. Si los desplazamientos van en el mismo sentido, ambas ondas se refuerzan; si van en sentido opuesto, se debilitan mutuamente. Este fenómeno se conoce como interferencia.

Cuando dos ondas de igual amplitud, longitud de onda y velocidad avanzan en sentido opuesto a través de un medio se forman ondas estacionarias. Por ejemplo, si se ata a una pared el extremo de una cuerda y se agita el otro extremo hacia arriba y hacia abajo, las ondas se reflejan en la pared y vuelven en sentido inverso. Si suponemos que la reflexión es perfectamente eficiente, la onda reflejada estará media longitud de onda retrasada con respecto a la onda inicial. Se producirá interferencia entre ambas ondas y el desplazamiento resultante en cualquier punto y momento será la suma de los desplazamientos correspondientes a la onda incidente y la onda reflejada. En los puntos en los que una cresta de la onda incidente coincide con un valle de la reflejada, no existe movimiento; estos puntos se denominan nodos. A mitad de camino entre dos nodos, las dos ondas están en fase, es decir, las crestas coinciden con crestas y los valles con valles; en esos puntos, la amplitud de la onda resultante es dos veces mayor que la de la onda incidente; por tanto, la cuerda queda dividida por los nodos en secciones de una longitud de onda. Entre los nodos (que no avanzan a través de la cuerda), la cuerda vibra transversalmente.

Las ondas estacionarias aparecen también en las cuerdas de los instrumentos musicales. Por ejemplo, una cuerda de violín vibra como un todo (con nodos en los extremos), por mitades (con un nodo adicional en el centro), por tercios. Todas estas vibraciones se producen de forma simultánea; la vibración de la cuerda como un todo produce el tono fundamental y las restantes vibraciones generan los diferentes armónicos.

En mecánica cuántica, la estructura del átomo se explica por analogía con un sistema de ondas estacionarias. Gran parte de los avances de la física moderna se basan en elaboraciones de la teoría de las ondas y el movimiento ondulatorio.

MATERIALES


3 metros de piola gruesa y 3 metros de piola delgada. Dos masas diferentes: Una de 98,4 g y otra de 49,2 g.


3 metros de piola gruesa y 3 metros de piola delgada. Una argolla.

PROCEDIMIENTO


Fije la cuerda a uno de los extremos, luego a una de las masas, de tal forma que la longitud entre el punto fijo y el centro geométrico del cuerpo (centro de gravedad) sea de 1 metro.

Haga oscilar el cuerpo con un ángulo de 5 grados respecto a la vertical, controlando que lo haga en un mismo plano. Contabilice 50 oscilaciones completas y cronometre su tiempo.

Reduzca la longitud del péndulo de 10 cm en 10 cm, cada vez hasta obtener una longitud de 10 cm. Conserve el mismo ángulo de 5 grados y tome el tiempo para 50 oscilaciones en cada reducción de la cuerda.

Realice una tabla con los datos obtenidos en la experiencia y que contenge como mínimo los siguientes datos: Longitud (cm), tiempo para 50 oscilaciones, período (s), período al cuadrado (s2) y gravedad (4 π 2L/T 2) (cm/s2).

Grafique T (s) Vs L (cm) y T 2 (s2) Vs L (cm) en papel milimetrado.

Si alguna de las gráficas le da una línea recta, calcule su pendiente. Si le da una línea curva realícela y halle su pendiente.

Ahora siguiendo el mismo proceso del numeral 4, cambie la masa del cuerpo y realice los mismos procesos.

Efectué un cuidadoso análisis de las gráficas obtenidas con los datos experimentales, ya que él le permitirá presentar unas sobresalientes y exitosas conclusiones.


Fije un resorte por uno de sus extremos y envíe un pulso por el extremo libre. Observe cuidadosamente... ¡Realícelo otra vez! Describa lo que le sucede al pulso al llegar al otro extremo.

Ate dos cuerdas, o una cuerda y un resorte, que tengan diferentes masas por unidad de longitud, fíjelas por uno de sus extremos a un soporte vertical fijo. Luego genere una onda en el extremo libre. ¡Observe cuidadosamente! Describa el comportamiento de la onda al llegar a la cuerda gruesa o de mayor densidad por unidad de longitud. ¡Ahora! Invierta el proceso ¡Observe! Describa y explique coherentemente le fenómeno experimentado.

Fije una cuerda por un extremo, a un soporte; introduce un pequeño aro (argolla) en ella, déjela a una distancia media del extremo fijo. Genere en el extremo libre con el movimiento de su mano una serie de pulsos, con el propósito de hacer que la argolla llegue al otro extremo. ¿Cree que logrará el objetivo? Inténtelo una vez más ¿No lo conseguiste verdad? Interprete la situación con argumentos físico razonables.

ANALISIS

a. CUALITATIVO


Al realizar el experimento con las dos masas se observa que el período de oscilación del péndulo es independiente de la masa y del tiempo que tomamos en las oscilaciones, el cual era más grande en la masa con más peso, la aceleración gravitacional permanece constante y también va disminuyendo el período a medida que le vamos quitando la longitud a la pita como lo habíamos dicho en el procedimiento 3.


INTERPRETACION ACTIVIDAD PROPOSITIVAAl mandar el pulso vemos que la onda refleja ya que la onda llega al otro extremo y se devuelve.

Las ondas en el agua, que al chocar con una superficie plana estas se devuelven.

INTERPRETACION ACTIVIDAD PROPOSITIVAAl llegar a la cuerda la velocidad de la onda va disminuyendo hasta quedar completamente plana.

Cuando salpicamos una gota en un balde lleno con agua, vemos que la onda sigue hasta el borde, hasta que el líquido quede completamente plano.

INTERPRETACION ACTIVIDAD PROPOSITIVAAl hacer el movimiento de la onda con la argolla encima vemos que no ésta cambia de posición ya que es la onda la que pasa a través de ella. Hay es donde aparece el fenómeno conocido como difracción.

Al apuntar una linterna encendida hacia un pedazo de madera con un agujero en el centro, podemos ver en el otro lado que la luz proyecta la forma del agujero hacia la pared que está detrás del, y que al alejarlo de la pared, la proyección se hace cada vez más grande.

b. CUANTITATIVO


Se toma un cuerpo de masa 98,4 g y se obtienen los siguientes resultados:

LONGITUD L (cm)

TIEMPO para 50

oscilaciones

PeriodoT (s)

PERIODO AL CUADRADO

T 2 (s2)

4 π 2L/T 2

(cm/s2)

100 50,7” 2,007 4,028 98090 49,2” 1,904 3,625 98080 48,1” 1,795 3,222 98070 46” 1,679 2,819 98060 43,1” 1,554 2,417 98050 41,1” 1,419 2,014 98040 36” 1,269 1,611 98030 32,9” 1,099 1,208 98020 29,2” 0,897 0,805 98010 26,1” 0,634 0,402 980

Se toma otro cuerpo de masa 49,2 g y se obtienen los siguientes resultados:

LONGITUD L (cm)

TIEMPO para 50

oscilaciones

PeriodoT (s)

PERIODO AL CUADRADO

T 2 (s2)

4 π 2L/T 2

(cm/s2)

100 45,7” 2,007 4,028 98090 44,2” 1,904 3,625 98080 43,1” 1,795 3,222 98070 41” 1,679 2,819 98060 38,1” 1,554 2,417 98050 36,1” 1,419 2,014 98040 31” 1,269 1,611 98030 27,9” 1,099 1,208 98020 24,2” 0,897 0,805 98010 21,1” 0,634 0,402 980

En este caso notamos que los datos de ambas tablas son en cuanto a al tiempo de las oscilaciones son distintos pero tanto en la 1 como en la 2 se conservan las mismas longitudes y el mismo período de oscilación para cada una.


En esta parte de la práctica laboratorio no se tomaron datos que puedan ser cuantitativos.

GRAFICOS


Al graficar T (s) Vs L (cm) su grafica es una curva creciente y al graficar T 2 (s2) Vs L (cm) su gráfica es una recta con un sentido positivo.

P = Pendiente de la gráfica T (s) Vs L (cm)

P=L1−L2/T 1−T 2

P = 100 – 10/2,007 – 0,634

P = 90/1,373

P= 65,55

P = Pendiente de la gráfica T 2

(s2

) Vs L

(cm)

P=L1−L2/T 12−T 2

2

P = 100 – 10/4,028 – 0,402

P = 90/3,626

P= 24,82


En la primera gráfica tenemos una onda reflejada, en la 2 tenemos una onda que reduce su velocidad y en la 3 una onda difractada.

Onda 1

Onda 2

Onda 3

CONCLUSIONES

A partir de esta práctica pudimos ver cómo se comportan las ondas en cuanto a su velocidad de propagación, el modo en que se propagan y además de eso también pudimos aplicar otra cosa importante en el tema de las ondas y son los fenómenos que pueden estar presentes en las mismas. En cuanto a la primera parte de la práctica pudimos ver otra forma en la cual un cuerpo ejecuta una fuerza sobre otro y la forma en la cual también se puede desplazar.

BIBLIOGRAFIA

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/ondas/ap02_ondas_electromagneticas.php

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/elasticidad/ap05_pendulo_simple.php

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/elasticidad/ap05_pendulo_simple.php

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/ondas/ap02_ondas_electromagneticas.php

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