Guías de Prácticas de Laboratorio

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1 Guías de Prácticas de Laboratorio Laboratorio de: (5) Número de Páginas: (2) 4 Identificación: (1) Revisión No.: (3) 1 Fecha Emisión: (4) 2011/08/31 LABORATORIO DE CALOR Y ONDAS Titulo de la Práctica de Laboratorio: (6) FENOMENOLOGIA DE ONDAS Elaborado por: (7) Revisado por: (8) Aprobado por: (9) Angel Chaparro C Comité de Departamento Pagina 1 de 10

2 Control de Cambios Razones del Cambio Cambio a la Revisión # Fecha de emisión Pagina 2 de 10

3 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Departamento de Física 2. PROGRAMA: Ingeniería 3. ASIGNATURA: Laboratorio de Física II ( Calor y Ondas) 4. SEMESTRE: Tercero 5. OBJETIVOS: 5.1 OBJETIVO GENERAL: En este experimento se quiere observar y caracterizar algunos de los fenómenos ondulatorios más usuales que ocurren en la naturaleza. Se estudiara el comportamiento de ondas mecánicas que se propagan en el agua y se analizara y observara las diferentes propiedades de propagación que presentan las ondas cuando interactúan con un obstáculo. 5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: Analizar el comportamiento de ondas planas y circulares cuando chocan con diversos obstáculos (reflexión) Analizar el comportamiento de ondas planas y circulares cuando cambian de medio (refracción) Analizar el comportamiento de las ondas cuando bordean un obstáculo (difracción) Analizar el comportamiento de las ondas planas y circulares cuando pasan a través de una rendija y un sistema de múltiples rendijas Analizar el comportamiento de la superposición e interferencia de ondas 6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: (16) Pagina 3 de 10

4 El estudiante estará en capacidad de: Entender y aplicar los aspectos teóricos del movimiento ondulatorio al desarrollo de la práctica. Analizar e interpretar los resultados obtenidos de acuerdo con los objetivos y el marco teórico, a partir de un análisis gráfico. Que el estudiante aplique el conocimiento teórico de la física en la realización e interpretación de modelos experimentales. Construir y desarrollar argumentaciones validas, identificando hipótesis y conclusiones. Que el estudiante construya y desarrolle argumentos válidos que le permitan entender la importancia del movimiento ondulatorio. Demostrar destrezas experimentales y métodos adecuados de trabajo en el laboratorio. Comunicar conceptos y resultados científicos en lenguaje oral y escrito 7. MARCO TEORICO: (17) El movimiento ondulatorio se expresa como la propagación de una perturbación en el espacio como función del tiempo y donde se considera que lo que se propaga es la energía y la cantidad de movimiento desde un punto espacial a otro sin transporte de masa. Las ondas se pueden propagar como ondas electromagnéticas (Luz visible, microondas, ondas de rayos x etc.) y ondas mecánicas cuando necesitan de un medio material para su propagación (Ondas en el agua, ondas en cuerdas, ondas sonoras etc.). Pagina 4 de 10

5 En esta práctica se analizara y caracterizara el movimiento de ondas en el agua, observando las diferentes propiedades de las ondas tales como reflexión, difracción, refracción, superposición e interferencia de ondas. El estudiante debe consultar los siguientes temas Ondas periódicas, frentes de onda plano y circular, velocidad de propagación, frecuencia y longitud de onda. Modelo de frentes de onda y modelo de rayos de onda Que es un medio dispersivo y no dispersivo Reflexión, refracción, difracción, superposición e interferencia de ondas Leyes de la reflexión, ley de la refracción de ondas, principio de Huygens 8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS: (18) Cubeta de ondas Generador de ondas estroboscopio Excitadores: puntiforme simple, doble y de regleta Placa planas, cóncavas, convexas y triangulares Obstáculos planos y de rejilla 9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR : (19) En la utilización de la cubeta de ondas hay que tener especial cuidado porque con sus componentes de vidrio existe la posibilidad de ruptura si se someten a esfuerzos mecánicos innecesarios o no se tiene el cuidado necesario en la manipulación de sus accesorios. La cubeta debe estar previamente nivelada y el nivel de agua debe ser lo adecuado para su requerimiento y verificar que la Pagina 5 de 10

6 superficie de la cubeta esté libre de trazas y no presente fisuras que generen problemas en su utilización. 10. CAMPO DE APLICACIÓN: (20) En todos los sistemas de comunicación, navegación, las ondas tienen un amplio campo de aplicación. 11. PROCEDIMIENTO, METODO O ACTIVIDADES: (21) El experimento consiste en el uso de una cubeta con agua y mediante un vibrador electromagnético (puntual o plano) se generan frentes de ondas con una frecuencia y amplitud definida por un generador de ondas y con la ayuda de una luz estroboscópica se proyectan las ondas sobre una pantalla y en su modo de congelamiento y movimiento de los frentes de onda se pueden hacer mediciones cualitativas y cuantitativas de las propiedades de las ondas. Tenga en cuenta que las ondas se pueden representar mediante el modelo de frentes de ondas y de rayos de onda. Encienda el sistema de iluminación coloque el excitador plano o el puntual y ajuste en la fuente la amplitud y la frecuencia hasta que pueda distinguir nítidamente las crestas y los valles en la pantalla de proyección. En la cubeta de proyección las franjas brillantes corresponden a máximos y las franjas oscuras a los valles de las ondas. Puede ud explicar porque? En cada uno de los procesos haga un esquema grafico que muestre las diferentes propiedades de los frentes de onda y sus manifestaciones cuando interactúa con los diversos obstáculos. Exprese las explicaciones necesarias Los frentes de onda obtenidos en la pantalla pueden estar en el modo estático o en movimiento. El primer caso se obtiene en el modo sync donde el estroboscopio y el generador tienen la misma frecuencia mientras que en el segundo no existe dicha sincronización. a) MEDICION DE LA VELOCIDAD DE PROPAGACION Pagina 6 de 10

7 Seleccionar con el generador una frecuencia determinada y con la ayuda del estroboscopio detener la propagación del movimiento de los frentes de onda medir la distancia de separación de un conjunto de n máximos sucesivos de frente de onda y dividiendo esta distancia sobre n hallar un promedio del valor de la longitud de onda y con el valor de la frecuencia calcule la velocidad de propagación. Realice este mismo procedimiento para otras frecuencias. Cuál es la incertidumbre en la medición de la longitud de onda. Cambia apreciablemente el valor de la longitud de onda real con su proyección sobre la pantalla? b) FRENTES DE ONDAS PLANAS Utilizando el vibrador plano genere frentes de onda y observe lo que ocurre al variar la frecuencia, Haga un dibujo explicativo utilizando el modelo de frentes de onda o de rayos de onda Utilizando el excitador plano, coloque un obstáculo plano a 45 con respecto a los frentes de onda incidente. Cuál es el efecto producido por el obstáculo? Observe los frentes de onda producidos, realice esquemas correspondientes entre los frentes de onda incidente con los reflejados utilizando el modelo de rayos incidentes y reflejados. Cambie la orientación del obstáculo para diferentes ángulos. Encuentra alguna relación? haga esquemas correspondientes. Utilice obstáculos con otras simetrías y realice los mismos procedimientos Para observar el efecto de la refracción coloque diferentes piezas sobre la cubeta de tal manera que estos quede cubiertos completamente y quede una pequeña capa de agua por encima del objeto y mediante esquemas gráficos caracterice los cambios en los frentes de onda. Cambia la dirección de propagación, la velocidad, la frecuencia, la longitud de onda? De sus explicaciones. Realice el mismo procedimiento con diferentes piezas y haga los análisis respectivos Coloque un obstáculo en forma de rendija que tenga el tamaño igual o menor al de la longitud de onda del frente de onda incidente. Haga esquemas correspondientes que muestre el efecto de la rendija sobre los frentes de onda. Igualmente utilice un sistema que tenga múltiples rendijas y mediante esquemas explique sus observaciones. Que se Pagina 7 de 10

8 observa si se utiliza una rendija de anchura grande con respecto al valor de la longitud de onda del frente de ondas. Coloque un obstáculo pequeño y anote lo que se observa y haga un gráfico de lo que ocurre con los frentes de onda, antes y después del obstáculo c) FRENTES DE ONDA CIRCULAR Utilizando el vibrador puntual genere frentes de onda y observe lo que ocurre al variar la frecuencia, Haga un dibujo explicativo utilizando el modelo de frentes de onda o de rayos de onda Con el frente de onda plano realice los mismos pasos anteriores. Realice esquemas correspondiente y de las explicaciones para cada situación. d) SUPERPOSICION e INTERFERENCIA DE ONDAS Utilizando doble vibrador puntual genere frentes de onda y observe lo que ocurre cuando dos frentes de onda circular, se superponen en un mismo medio. Utilice el modo estacionario y el no sincrónico. Haga esquemas correspondientes y explique que representan las franjas oscuras y brillantes. 12. RESULTADOS ESPERADOS: (22) Verificar que en la reflexión de los frentes de ondas se cumple que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión Pagina 8 de 10

9 De que otras variables depende la rapidez de propagación de una onda En que situación se manifiesta la ley de Snell. Explicación En la práctica como se manifiesta el principio de Huygens En qué caso y como se manifiesta la propiedad de la difracción de ondas Haga una representación gráfica de la superposición de dos frentes de ondas circulares y compare el modelo desarrollado en el laboratorio con el modelo teórico El agua es un medio dispersivo Qué factores externos afectaron la medición? Analice y comente todos sus resultados. 13. CRITERO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA (23) Cada práctica se evaluará de la siguiente forma: 20% 80% Presentación escrita del marco teórico de la práctica a desarrollar que incluye: portada, objetivos, desarrollo del marco teórico, procedimiento, bibliografía y webgrafía; y/o quiz. Presentación escrita del informe de la práctica totalmente desarrollado, con adecuada ortografía y redacción que incluya: toma de datos, representación gráfica de los datos (tablas, graficas), análisis e interpretación de los datos y conclusiones. Pagina 9 de 10

10 Nota: Cada práctica se evaluará en la escala de calificación de cero a cinco y la no asistencia del estudiante a la práctica implicará una nota de cero. La nota del corte del laboratorio corresponde al promedio de las notas de las prácticas que incluye la nota de la evaluación final en cada corte. 14. BIBLIOGRAFIA: (24) SERWAY Raymond, Jewett John. Física para ciencias e ingeniería. Volumen 1. Thomson editores, sexta edición SEARS, Zemansky, Young. Física universitaria, Volumen 1. Pearson, Addison Wesley. Undécima edición LEA Susan. Física, la naturaleza de las cosas. Volumen 1. Internacional, Thomson editores, LANE Resse Ronald. Física universitaria, Volumen 1. Thomson editores Pagina 10 de 10