Prácticas de Laboratorio: Ondas Estacionarias, Reflexión, Interferencia y Refracción

Laboratorio Nº 1: Ondas Estacionarias en una Cuerda y Velocidad del Sonido

Objetivos:

• Determinar la relación entre la frecuencia de vibración de ondas estacionarias y la tensión en una cuerda vibrante.
• Medir la velocidad del sonido.

Procedimiento:

Cuerda Vibrante

Para ondas estacionarias armónicas en una cuerda de extremos fijos (λ_n = 2L/n), donde n = número de oscilación.

1. Montar una cuerda con extremos fijos. En uno de los extremos, colgar diferentes pesas para variar la tensión. Emplear masas de 150, 200 y 250 gramos.
2. Para cada valor de la tensión, hacer oscilar la cuerda y medir la frecuencia de oscilación con el osciloscopio.

Velocidad del Sonido

1. Elegir tres frecuencias de ondas de sonido en el generador de ondas para medir la velocidad.
2. En cada caso, buscar dos puntos de resonancia consecutiva (máxima amplitud de onda) desplazando la varilla portamicrófono.
3. Medir la distancia entre los dos máximos por medio de la cinta adherida al tubo.
4. Determinar la longitud de onda multiplicando por dos la distancia medida en el punto anterior. Recordar que la distancia entre dos máximos consecutivos es media longitud de onda (λ/2).
5. Determinar el valor de la velocidad del sonido para cada frecuencia establecida en el generador mediante la relación v = λ · f.

Laboratorio Nº 2: Estudio de la Reflexión de Ondas

Objetivo: Estudiar la reflexión de una onda plana, generada por una fuente de ondas, en diferentes obstáculos.

Procedimiento:

Reflexión en un Obstáculo Recto

1. Colocar el triángulo reflector en el agua, de modo que forme un ángulo con las ondas planas incidentes.
2. Fijar un papel en la mesa. Con una regla, dibujar una o más líneas para mostrar el frente de onda incidente y el frente de onda reflejado. Asegurarse de que la regla esté paralela a las perturbaciones correspondientes.
3. Trazar la posición de la barrera reflectora. Repetir el procedimiento para otras dos posiciones del triángulo reflector.

Reflexión en un Obstáculo Curvo

1. Con la barrera reflectora circular, trazar su posición en un nuevo papel. Marcar la posición donde convergen las ondas reflejadas.

Laboratorio Nº 3: Interferencia de Ondas

Objetivo: Estudiar el fenómeno de interferencia de ondas proveniente de dos rendijas y dos fuentes puntuales. Analizar cómo varía el diagrama de interferencia con la longitud de onda y la separación de las rendijas. (d·senθ_m = m·λ ; Y_m = mλS/d)

Procedimiento:

Interferencia en Dos Aberturas

Instalar la barra de ondas planas y ajustar la frecuencia a 10 Hz (E) y la amplitud a 4.

1. Colocar el reflector recto corto entre los dos reflectores largos para formar dos rendijas de 2 cm de longitud. En el papel, trazar la posición de los reflectores y dibujar los ángulos que forman las ondas al pasar por las aberturas. Ubicar las regiones donde las ondas de las rendijas tienden a anularse mutuamente (interferencia destructiva) y las regiones donde las ondas se refuerzan (interferencia constructiva), formando ondas con mayor amplitud.
2. Reemplazar el reflector recto corto por el reflector recto mini y cambiar la frecuencia a J.

Interferencia con Dos Fuentes Puntuales

1. Reemplazar la barra plana por dos fuentes puntuales. Repetir los pasos anteriores.

Laboratorio Nº 4: Estudio de la Reflexión y Refracción de las Ondas Electromagnéticas

Objetivos:

• Medir el índice de refracción de un prisma para ondas electromagnéticas en el rango visible (luz) y de microondas.
• Medir el ángulo de reflexión de ondas electromagnéticas.
• Medir el ángulo de reflexión total interna cuando un rayo de luz pasa de un medio de mayor índice de refracción a uno de menor índice de refracción. (n₁·senθ_i = n₂·senθ_t)

Procedimiento:

Índice de Refracción de un Prisma

1. Ubicar un prisma sobre el disco graduado de tal modo que el rayo de luz proveniente de la fuente incida normalmente sobre la cara plana del mismo, asegurándose de que este se mantenga en una dirección recta normal bajo un ángulo de cero grados.
2. Girar el disco para variar el ángulo de incidencia y medirlo.
3. Determinar el ángulo de refracción, utilizando una regla apoyada sobre el prisma, en el borde del disco graduado.
4. Repetir los pasos para dos nuevos ángulos de incidencia. Determinar en cada caso el índice de refracción mediante el uso de la ley de Snell.

Ley de Reflexión

Utilizando el mismo método de la parte 1, comparar el ángulo de incidencia con el de reflexión reemplazando el prisma por un espejo plano y un espejo esférico.

Incidencia desde un Medio Menos Denso a Otro Más Denso (n₁ < n₂)

1. Ubicar la lente cilíndrica sobre el disco graduado de tal forma que el rayo de luz proveniente de la fuente incida normalmente sobre la cara plana de la lente, asegurándose de que siga la dirección recta normal bajo un ángulo de cero grados.
2. Repetir el procedimiento, pero ahora haciendo incidir el rayo proveniente de la fuente sobre la cara curva de la lente.

Reflexión y Refracción de Microondas

1. Hacer girar el prisma cuando esté vacío y observar los efectos sobre la onda incidente.
2. Llenar el prisma con los granos de estireno y, para simplificar los cálculos, alinear la cara del prisma de tal manera que el rayo incidente llegue perpendicular a ella.
3. Hacer girar el brazo móvil hasta localizar el rayo refractado. Determinar el ángulo θ_i y calcular θ_t.
4. Considerando que el índice de refracción del aire es 1, con los datos obtenidos y utilizando la ley de Snell, determinar el índice de refracción del estireno para microondas.