laboratorio ondas cubeta de agua

1. 702471 – 702472 - 702493 1

Resumen – en el informe se tiene como objetivo analizar el
comportamiento de una onda a través del montaje simulado
llamado cubeta de ondas, con ayuda de este programa se
pretende observar, generar y analizar una serie de pulsos y
ondas de tipo periódicas sobre la superficie del agua. Para la
elaboración de esta práctica se procede a trabajar con el
programa donde se dejan caer una serie de gotas sobre la
superficie del agua las cuales generan las ondas con el fin de
observar el fenómeno de propagación de una onda, posterior a
ello se detuvo el simulador para tomar nuestras medidas y
calcular la velocidad de la onda.
Índice de Términos – Ondas planas, Ondas circulares,
superposición de ondas propagación de ondas.
I. INTRODUCCIÓN
Durante el laboratorio realizado con cubeta de ondas nos
permite visualizar el movimiento ondulatorio relacionando con
ondas mecánicas, en donde la perturbación del agua genera
propagación de ondas,la velocidad de propagación de las ondas
dependerá de su longitud y el perdido
II. MARCO CONCEPTUAL
Las olas propagándose porla superficie de un fluido
constituyen un sistema típico de ondas mecánicas en 2
dimensiones, en el que se pueden apreciar claramente la
mayor parte de los fenómenos ondulatorios.Por ejemplo, se
pueden observarondas planas (como en la parte izquierda de
la figura) en las que las crestas de las olas forman líneas
rectas, siendo la longitud de onda λ la distancia entre dos
crestas consecutivas.Asímismo, cuando las olas llegan a una
barrera en la que existe una pequeña abertura (menor que λ),
éstas se difractan de forma que la abertura se convierte en un
foco puntualde ondas esféricas (u olas semicirculares, en la
parte derecha de la figura). Por otra parte, si a un lado de una
barrera con dos pequeñas aberturas llegan olas, las aberturas
se convierten en fuentes puntuales coherentes de ondas
esféricas (olas circulares) hacia el otro lado, de forma que se
pueden observarel fenómeno de la superposición de ondas.
Éste se manifiesta en forma de interferencias constructivas,en
los puntos de la superficie del agua en los que coinciden en el
mismo instante crestas (o valles) provenientes de las dos
aberturas, o interferencias destructivas,en los puntos en que
coinciden la cresta proveniente de una abertura con el valle
proveniente de la otra.
III. MARCO TEÓRICO
Una onda es aquella perturbación en los medios elásticos o
deformables. Es transportadora de energía; pero es incapaz de
desplazar una masa en forma continua.Toda onda al propagarse
da lugar a vibraciones. Es importante notarque el medio mismo
no se mueve en conjunto en la dirección en que avanza el
movimiento ondulatorio. Las diversas partes del medio oscilan
únicamente en trayectorias limitadas. La propiedad esencial del
movimiento ondulatorio es que no implica un transporte de
materia de un punto a otro. El movimiento ondulatorio supone
únicamente un transporte de energía y de cantidad de
movimiento. Los elementos de las ondas son los siguientes.La
longitud de onda ( λ): describe la distancia existente entre dos
crestas o valles consecutivos o también se puede decir que es la
distancia, medida en la dirección de la propagación de la onda
que existe entre dos puntos consecutivos de posición semejante.
Frecuencia (f): Es el número de ciclos realizados en cada
unidad de tiempo es decir es el número de oscilaciones
(vibraciones completas) que efectúa cualquier partícula, del
medio perturbado pordonde se propaga la onda,en un segundo.
𝑓 =
1
𝑇
Velocidad de una onda (v): Es la rapidez con la cual una onda
se propaga en un medio homogéneo. Una onda se propaga en
línea recta y con velocidad constante.
𝑣 =
λ
𝑇
Reflexión: Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida
y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y
cumple las llamadas "leyes de la reflexión"
1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de
incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado
con la normal, que se llama ángulo reflejado.
2.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el
mismo plano. (Si el rayo incidente se acerca al 2º medio en el
plano del papel, el reflejado estará en ese plano y no se irá ni
hacia adelante ni hacia atrás).
Informe laboratorio cuatro
CUBETA DE ONDAS
(abril de 2021)
Wilson Ricardo López Segura, Diego Andrés Gonzalez Garzon, Jeison Camilo Lozano Vega.

2. 702471 – 702472 - 702493 2
Refracción: Se dice que un rayo se refracta (cambia de
dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con
distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes
leyes:
 El rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo
plano.
 Se cumple la ley de Snell: sen i / senr=v1 / v 2y teniendo en
cuenta los índices de refracción n1 sen i=n2 sen r. La luz se
refracta porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo
medio. Como la frecuencia de vibración no varía al pasarde un
medio a otro, cambia la longitud de onda de la luz como
consecuencia del cambio de velocidad
[1]
IV. DESARROLLO DEL LABORATORIO
para este laboratorio se utilizará un simulador de cubeta de
agua el cual se puede acceder desde el siguiente link:
https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-
interference/latest/waveinterference_
es.html
El área de simulación tendrá el siguiente aspecto:
Fig. Simulación cubeta de agua
En este simulador se puede configurar parámetros como:
 generador ondas planas y circulares
 Longitud de onda.
 Frecuencia de oscilación.
 Visualizador.
 Amplitud
 Periodo
V. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tabla 2. Reporte de datos para ondas circulares.
Para realizar el cálculo de las incertidumbres de la velocidad
en cada medición utilizamos la fórmula de derivadas parciales
obteniendo,reemplazando los valores de frecuencia por la
incertidumbre de lambda al cuadrado más el valor de lambda
por la incertidumbre de la frecuencia al cuadrado y así en cada
una de los siete datos
𝑣 = λ ∗ f
∆𝑣(λ, f)√(
𝑑𝑣
𝑑λ
∆λ)
2
+ (
𝑑𝑣
𝑑f
∆f)
2
∆𝑣(λ, f)√(𝑓∆λ)2 + (λ∆f)2
Para realizar el cálculo de la incertidumbre del promedio de la
velocidad recurrimos al error cuadrático
𝑥̅ = 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜
Hallamos la desviación estándar
𝜎𝑛 − 1 = √(
∑(𝑥 − 𝑥̅)
2
𝑁 − 1
)
con este calculamos el error cuadrático
∆𝑣 =
𝜎𝑛 − 1
√𝑁
Con los datos reemplazamos
𝜎𝑛 − 1 = √(
0.0395
6
)
con este calculamos el error cuadrático
∆𝑣 =
0.0811
2.6457
= 0.030
Ahora aplicando la linealización entre las variables de V, F, λ,
se procede al cálculo de la regresión lineal para calcular la
velocidad de propagación de onda. Para esto se apoya con el
programa Excel tomando los valores obtenidos, generando la
siguiente gráfica:
Esto nos provee la ecuación:
𝑌 = 0.0248 𝑋 − 0.0138

3. 702471 – 702472 - 702493 3
Por ajuste Lineal podemos interpretar como:
Donde m es el valor de la pendiente y en este laboratorio se
interpreta como la Velocidad de propagación en este caso es de
0.0248m/s con una incertidumbre de +-0.0024 el cual es m. Y
el punto de corte o mejor conocido como 𝑋0 𝑜 𝑏 es de -0.0138
con una incertidumbre de +-0.0038
Para el cálculo del error porcentual se debe aplicar la siguiente
formula:
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 − 𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙
𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙
∗ 100
Teniendo en cuenta que el valor lineal es de 0,0248m/s
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =
|0.0156
𝑚
𝑠
− 0,0248
𝑚
𝑠
|
0,0248
𝑚
𝑠
∗ 100
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = 37.09 %
Lo que genera la siguiente tabla de resultados:
Tabla 2. Resultados velocidad del sonido Promedio
Tabla 1. Reporte de datospara ondasplanas
De igual forma utilizamos para las incertidumbres
𝑣 = λ ∗ f
∆𝑣(λ, f)√(
𝑑𝑣
𝑑λ
∆λ)
2
+ (
𝑑𝑣
𝑑f
∆f)
2
∆𝑣(λ, f)√(𝑓∆λ)2 + (λ∆f)2
Para realizar el calculo de la incertidumbre del promedio de la
velocidad recurrimos al error cuadrático
∆𝑣 =
𝜎𝑛 − 1
√𝑁
Con los datos reemplazamos
𝜎𝑛 − 1 = √(
0.0206
6
)
con este calculamos el error cuadrático
∆𝑣 =
0.05862
2.6457
= 0.022
Ahora aplicando la linealización entre las variables de V, F, λ,
se procede al cálculo de la regresión lineal para calcular la
velocidad de propagación de onda. Para esto se apoya con el
programa Excel tomando los valores obtenidos, generando la
siguiente gráfica:
Esto nos provee la ecuación:
𝑌 = 0.0165 𝑋 − 0.0003
Por ajuste Lineal podemos interpretar como:
Donde m es el valor de la pendiente y en este laboratorio se
interpreta como la Velocidad de propagación en este caso es de
0.0164m/s con una incertidumbre de +-0.00034 el cual es m. Y
el punto de corte o mejor conocido como 𝑋0 𝑜 𝑏 es de -0.0009
con una incertidumbre de +0.0154
Para el cálculo del error porcentual se debe aplicar la siguiente
formula:

4. 702471 – 702472 - 702493 4
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 − 𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙
𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙
∗ 100
Teniendo en cuenta que el valor lineal es de 0,0164 m/s
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =
|0.0160
𝑚
𝑠
− 0,0164
𝑚
𝑠
|
0,0164
𝑚
𝑠
∗ 100
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = 2.43 %
VI. PREGUNTAS
¿Cuál de los dos métodos de cálculo en la tabla 3 es más
exacto? Explique su
respuesta.
Rta: Tanto en ondas circulares como planas se obtuvo un valor
muy similar al realizar los cálculos por medio del promedio,
por lo que es mas acertado ya que al realizar ajuste lineal en
los datos de ondas circulares el valor se aleja de la media
obtenida, afectando de forma considerable el error porcentual
obtenido.
¿Qué significado tiene la pendiente de la gráfica de longitud
de onda (λ) versus
inverso de la frecuencia (1/f)? Haga el análisis dimensional.
Rta: Ya que al linealizar la fórmula de velocidad obtenemos
𝑣 = λ ∗ f
λ = v ∗
1
𝑓
comparándolo con la ecuación de la recta con forma Y =
mx + b
se reemplazan y debido a que tenemos tanto los datos de
lambda y el inverso de la frecuencia se asumen nuestros
valores de Y y X quedando asíla m=pendiente como la
velocidad
según la tabla dimensional tenemos
longitud=[L]
frecuencia= [T^-1]
por análisis dimensional se obtiene [L] = [V][
1
𝑇−1
]
y se sabe que la velocidad por análisis dimensional despejando
la V de lo anterior se obtiene
[V] = [L][𝑇−1
]
[4]
¿Según sus resultados,la velocidad de propagación de la onda
depende de la forma
de la onda,si es plana o circular? Justifique su respuesta
Rta: como se observó en los datos obtenidos tanto en las ondas
planas y circulares se determina que la velocidad de
propagación no depende de la forma de las mismas, debido a
que entre las dos tenemos un valor de velocidad muy
aproximado y esto gracias a los datos obtenido de manera
experimental y simulada que interfiere un poco en los
resultados ya que algunos datos como lo fue la frecuencia eran
apreciativos
VII. CONCLUSIONES
Al realizar perturbaciones en el medio como lo es el agua las
ondas conservan su longitud a través del tiempo
A medida que aumentamos la frecuencia la longitud de las
ondas disminuye
La velocidad de propagación tanto en ondas planas y circulares
no tienen mayores cambios y sus valores son muy similares por
lo que la forma de en que se propagan no influye en la velocidad
VIII. CITACIONES Y REFERENCIAS
[1] tomado de
http://www1.udistrital.edu.co:8080/documents/138568/c223e7
35-e964-41c0-b3a8-5d62e17d437d
[2] aplicación web de simulación
https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-
interference/latest/waveinterference_
es.html
[3] Sears F. W., Zemansky M. W., Young H. D., Freddman R.
A., Física Universitaria, Vol. I,
Pearson Addison Wesley,México, 2005. 11ª Edición TEXTO
GUIA
Serway, Raymond, Fisica para Ciencias e Ingeniería volumen
1, Cengage, 10ª edición.
https://www-ebooks7-24-
com.ucatolica.basesdedatosezproxy.com/?il=6900
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/
[4] tomada de https://matemovil.com/analisis-dimensional-
ejercicios-resueltos/