Ondas en una cuerda y en un resorte

1. FÍSICA DE ONDAS
Laboratorio
Ondas estacionarias en cuerdas y
resortes.
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CONSULTA PREVIA.
1. ¿Qué son las ondas transversales? ¿Qué son las ondas longitudinales?
2. La velocidad de propagación de las ondas en una cuerda depende de la tensión
aplicada a dicha cuerda, y de la densidad lineal del material del que está hecha.
¿Cuál es la naturaleza de esa dependencia? ¿Lineal? ¿potencial? ¿polinómica?
3. En las siguientes páginas encontrará todo lo relacionado con las ondas en cuerdas
y resortes. Este material le sirve de apoyo y complemento a lo trabajado en el
curso teórico de la sede del Poblado.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/ondas/movimiento/transversal/transversal.xhtml
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/descripcion/descripcion.html#Actividades
http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_es.html
INTRODUCCIÓN.
Como se experimentó en la práctica anterior –Características del movimiento ondulatorio-,
existe una estrecha relación entre las oscilaciones armónicas y el movimiento ondulatorio
en general. En esta práctica abordaremos dos casos particulares, el problema de la
propagación de una perturbación armónica en una cuerda, y la propagación de una
perturbación en un resorte. En el primer caso generaremos ondas transversales, el en
segundo ondas longitudinales.
En cada uno de los experimentos se podrán medir la longitud de onda, el período, la
amplitud, la frecuencia, y la velocidad de fase. A su vez, en ambos casos, se pueden
identificar y analizar las ondas estacionarias y sus propiedades.
PALABRAS CLAVE.
 Ondas mecánicas, longitud de onda, velocidad de fase, ondas armónicas, ondas
estacionarias, frecuencia angular, frecuencia, período, nodos, modos normales de
oscilación.
ELEMENTOS DE COMPETENCIA
1. Modela y construye una experiencia física usando sus conocimientos de
dinámica, que le permitan realizar una medida útil en tecnología e ingeniería.
2. Utiliza modelos matemáticos para calcular parámetros fundamentales de los
sistemas físicos utilizados en los experimentos.
OBJETIVOS
1. Analizar experimentalmente la generación ondas armónicas en cuerdas y
resortes.

2. FÍSICA DE ONDAS
Laboratorio
Ondas estacionarias en cuerdas y
resortes.
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2. Medir la longitud de onda, la frecuencia y la velocidad de fase de las ondas
transversales en una cuerda, y de las ondas longitudinales en un resorte.
3. Caracterizar las ondas estacionarias en cuerdas y resortes.
4. Determinar los modos normales de oscilación en cuerdas y resortes, y
determinar su relación con la velocidad de fase.
EQUIPOS
 Equipo completo para el estudio de las ondas estacionarias en una cuerda.
 Equipo completo para el estudio de las ondas longitudinales en un resorte.
 Frecuencímetro.
 Fuente de c.c.
 Cronómetro.
 Balanza
 Regla o cinta métrica
 Computador para simular ondas en cuerdas y resortes
 Soporte universal
 Resortes.
 Cuerdas
PRECAUCIONES
Las dispuestas en el uso de los instrumentos del laboratorio y socializadas con su
profesor en la primera reunión.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Analice con detalle la siguiente simulación:
http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_es.html

3. FÍSICA DE ONDAS
Laboratorio
Ondas estacionarias en cuerdas y
resortes.
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Vea una cuerda que vibra en
cámara lenta. Mueva el extremo
de la misma para crear ondas,
o ajuste la frecuencia y la
amplitud del oscilador. Puede
además, ajustar el
amortiguamiento y la tensión.
También se puede fijar o dejar
libre el extremo derecho de la
cuerda.
Figura 1
Consejos para uso de los controles en esta simulación:
1. Restablecer: Reinicia la cuerda, el oscilador y la onda a una posición inicial.
2. Al generar un pulso es muy útil prestar especial atención a lo que ocurre a medida
que viaja por el medio material, y forma como ocurre la reflexión en el otro extremo
de la cuerda.
3. Al generar un pulso de baja tensión puede observar un movimiento lento a lo largo
de la cuerda, lo que nos permite hacer buenas hipótesis. Si generamos un
segundo pulso podemos analizar el fenómeno de la superposición. Puede hacerse
preguntas como “¿qué pasaría si?
4. F11 En casi todos los computadores maximiza la ventana.
5. Las reglas y otras herramientas: Se pueden arrastrar para permitir una
investigación interesante.
6. Seleccione Mostrar Ayuda para obtener más ideas.
7. Para ver una onda estacionaria es necesario ajustar la amplitud y la frecuencia de
3 a 25.
Propósitos de la simulación.
Observar y controlar mediante un ordenador las ondas transversales en una cuerda, y
descubrir con ella las características fundamentales de las ondas estacionarias.

4. FÍSICA DE ONDAS
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Ondas estacionarias en cuerdas y
resortes.
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ACTIVIDAD 1:
1. Genere pulsos y ondas transversales en la cuerda.
2. Sin amortiguamiento, describa matemáticamente la perturbación ondulatoria
mediante el uso de una función seno o coseno. Hágalo ahora con
amortiguamiento. ¿Encuentra alguna diferencia? ¿Le recuerda algo relacionado
con los osciladores armónicos ya estudiados?
3. Establezca una relación – si se puede - entre la longitud de onda, la frecuencia, la
tensión aplicada, la densidad lineal y la velocidad de fase para ondas
transversales en la cuerda.
4. Explique la diferencia entre la velocidad de fase y la velocidad con la cual oscilan
las partículas de la cuerda.
5. De ejemplos de aplicación de los fenómenos ondulatorios en el mundo de la vida.
ACTIVIDAD 2:
1. Para una determinada cuerda calcule su densidad lineal de masa usando una
balanza.
2. Haga el montaje mostrado en la figura 2.
3. Mediante el uso de diferentes masas y manteniendo fija la frecuencia, varíe la
tensión aplicada. ¿Cambia la velocidad de propagación al variar la tensión?
¿Cambia la frecuencia al variar la tensión? ¿Cambia la longitud de onda?
¿Cómo es dicho cambio?
4. Para los diferentes valores de la tensión y, manteniendo fija la frecuencia,
obtenga el modo fundamental de oscilación y algunos de sus armónicos.
Determine en cada caso: el modo de oscilación, número de nodos, distancia
entre los nodos, la longitud de onda, la frecuencia, la velocidad de fase.
5. Consigne sus datos en una tabla, grafique frecuencia vs inverso de la longitud
de onda. Analice con detalle dicha gráfica y concluya.
6. ¿Es posible calcular la densidad de la cuerda sin usar la balanza?
7. Manteniendo la tensión fija, varíe la frecuencia hasta obtener el modo
fundamental y sus primeros armónicos. Determine en cada caso: modos de
oscilación, número de nodos, distancia entre los nodos, la longitud de onda, la
frecuencia, la velocidad de propagación.
8. Consigne sus datos en una tabla, grafique frecuencia vs inverso de la longitud
de onda. Analice con detalle dicha gráfica y concluya.
Ayuda para esta actividad
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/estacionarias/estacionarias.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/ondas/movimiento/estacionarias/estacionarias_lab.x
html

5. FÍSICA DE ONDAS
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Ondas estacionarias en cuerdas y
resortes.
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Figura2 -montaje con la cuerda en funcionamiento-
t .
Figura 3. El montaje con el resorte en funcionamiento.
ACTIVIDAD 3:
1. Recuerde que debe caracterizar el resorte que va a utilizar. Es decir, mida su
constante elástica y su masa. Recuerde la práctica 1. –sistema masa-resorte-.

6. FÍSICA DE ONDAS
Laboratorio
Ondas estacionarias en cuerdas y
resortes.
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2. Haga el montaje mostrado en la figura 3.
3. Para un determinado resorte, varíe la frecuencia hasta obtener el modo
fundamental de oscilación y, algunos de sus armónicos.
4. Determine en cada caso: modo de oscilación, número de nodos, distancia entre
los nodos, longitud de onda, frecuencia. Consigne sus datos en una tabla.
5. Grafique en Excel la frecuencia vs la longitud de onda. Analice con todo detalle la
gráfica obtenida. Concluya.
6. Grafique en Excel la frecuencia contra el inverso de la longitud de onda. Analice la
gráfica con todo detalle, saque conclusiones.
Ayuda para esta actividad
http://www.youtube.com/watch?v=HlN0d38Q_WY&feature=player_embedded#!
CONTENIDO DEL INFORME
 Incluya en su informe todos los puntos trabajados en las actividades 1, 2 y 3, y las
gráficas en Excel.
 Realice todos los cálculos pedidos en la actividades e incluya los porcentajes y las
causas de error.
 Escriba todas sus conclusiones.