Ondas estacionarias
Cuando una onda se superpone con otra igual a si misma pero de sentido opuesto se da el fenómeno de las ondas estacionarias.
Estas ondas se caracterizan por que sus máximos, mínimos y nodos permanecen estacionarios, sin moverse de una posición.
Esta característica permite tanto la observación como la medición de las longitudes de onda.
Enlace al guión de laboratorio.
Material
- 1.2 m de hilo o goma y resorte de 30 cm (sin estirar) Sistema de vibración montaje 1:- Bobina y núcleo de electroimán- Fuente de alimentación c.a. y cables - Lámina metálica y su pinza de sujeción - Nuez y pinza para sujetar el electroimán. - Sistema de vibración montaje 2:- Vibrador utilizado para mediciones de tiempo |
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El hilo debe ser más bien grueso, tipo bramante, pero es mejor usar hilo elástico de mercería de 1 mm de diámetro. |
Comentarios a la preparación del montaje
El montaje se puede hacer de dos formas: con un electroimán cercano a una lámina metálica (montaje 1)
o con un vibrador de los utilizados para mediciones de tiempo (montaje 2).
En ambos montajes se necesita para la onda longitudinal un muelle cuya tensión habrá que regular para encontrar la resonancia.
Así mismo, para la onda transversal se necesitará una cuerda elástica de 1 o 2 mm de diámetro de las utilizadas en mercería y cuya tensión también habrá que regular
acortándola o estirándola hasta encontrar la resonancia. Esta tensión se puede regular atando en el extremo libre un portapesas y añadiendo pesas de 5 en 5 g.
Se podrá observar en ambos montajes que el número de nodos corresponde a un número de longitudes de onda semientero, al estar un extremo fijo con elongación nula
y el otro extremo con elongación máxima.
Como filtro de la onda polarizada se puede utilizar una de las láminas con ranura de los equipos de óptica
- Para dar rigidez al conjunto, es conveniente montar un cuadro de varillas metálicas sujetas por
nueces y tornillos de mesa y sujetar todo el resto del montaje a este cuadro.
- Lo más difícil del montaje es lograr que la lámina metálica vibre sin tocar el hierro del electroimán.
Un par de trucos:
- Sujetar la lámina metálica por la mitad y no por el extremo.
La pieza en forma de T con las palomillas por la que se mete la lámina es muy incómoda de mover para regular,
así que es mejor dejarla fija con la lámina pasada sólo a medias.
- Es más fácil mover el hierro del electroimán acercándolo y alejándolo que mover el resto del montaje.
El sistema suele funcionar dejando el hierro del electroimán a 4 o 5 mm de la lámina, detener los movimientos de la lámina
y conectar luego la corriente amortiguando con los dedos la vibración al principio.
- Como la corriente que circula por el electroimán es de 50 Hz, el imán atraerá y dejará de atraer a la lámina 100 veces por segundo,
ya que en cada ciclo de corriente habrá dos momentos de corriente cero, y dos momentos de corriente máxima.
Las vibraciones serán de 100 Hz.
 Montaje completo |
 Detalle del electroimán |
 Onda longitudinal estacionaria |
 Onda longitudinal estacionaria |
 Longitud de onda longitudinal |
En este montaje únicamente hay que conectar el vibrador a la corriente y unir el extremo de la lámina el muelle
en posición vertical y la goma elástica en posición horizontal.
Tras encontrar la tensión adecuada en muelle y elástico, se producirán las ondas estacionarias.
Hay que evitar que el muelle entre en contacto con el electroimán alejándolo mediante un gancho metálico, mejor no férreo.
Si se sube o baja el enganche superior del muelle, cambia la tensión y se pueden encontrar varias resonancias
con diferentes números de nodos.
Montaje completo
 Onda transversal |
 Onda longitudinal |
Aspectos didácticos
Este trabajo pretende:
- Construir un sistema vibratorio con un movimiento armónico simple.
- Generar ondas longitudinales y transversales estacionarias.
- Determinar la posición de los nodos que permiten medir la longitud de onda en ambos tipos de onda.
Este montaje, que se utiliza en estudios inferiores para dferenciar ondas longitudinales y transversales,
sirve aquí para estudiar las ondas estacionarias.
Como el hilo vibra en el plano vertical, tenemos una onda mecánica polarizada con la que se pueden comprobar
el efecto de un filtro polarizador si se la hace pasar por una ranura.
Es didácticamente muy interesante relacionar la física de las ondas con la música.
Al cambiar la tensión del hilo y del resorte cambia la longitud de onda y la velocidad de propagación.
Conviene hacer ver cómo, a mayor tensión, la longitud de onda es más corta y, en los instrumentos, el sonido es más agudo.
