Lab. Fisica 3 - Superposición De Ondas 4w6s1l

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL DE AZUERO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA FÍSICA III

Laboratorio # 1 “MODELO DE ONDAS DE SONIDO, SUPERPOSICIÓN DE ONDAS Y UTILIZACIÓN DEL OSCILOSCOPIO”

Facilitador: Héctor Vergara

Integrantes Delgado, Humberto Martínez, Vicente Ordóñez, Yahir Vargas, Catalino

Realizado el 26 de agosto Entregado el 1 de septiembre Segundo Semestre 2010

INTRODUCCIÓN En el siguiente informe expresaremos de manera clara y sencilla conceptos básicos en el estudio de ondas, como la superposición de ondas, velocidad del sonido, frecuencia, amplitud, ángulo de fase, entre muchas otras cosas, ya que sin darnos cuenta en nuestra vida cotidiana percibimos ciertos fenómenos que de una u otra manera están ligados a esta rama de estudio, como podríamos mencionar los campos de la medicina, geología, geografia, fabricas de materiales, etc. Como todos sabemos para poder demostrar ciertos conceptos y ponerlos en práctica debemos cerciorarnos de obtener buenos resultados, que corroboren nuestras respuestas, para ello nos valemos de un gran instrumento de medición, el osciloscopio, el cual no es mas que un instrumento con el que podemos observar la forma de onda en circuitos eléctricos y electrónicos, aprendiendo así su importante uso, manejo e importancia que representa en el laboratorio. Otra gran herramienta utilizada en esta experiencia de laboratorio, que en su gran mayoría usan los ingenieros eléctricos, es el programa MULTISIM, el cual es un laboratorio electrónico virtual con el que podemos observar el funcionamiento del circuito sin necesidad de armarlo en forma material; y usando así todo tipo de componentes necesarios para su estudio, ahorrando de este modo tiempo y dinero en la planificación de cualquier proyecto eléctrico en la comodidad de nuestras computadoras.

MARCO TEÓRICO Superposición de Ondas Cuando dos ondas se propagan en el mismo medio, en la misma dirección o contraria, se superponen, es decir, las ondas individuales se suman produciendo una onda resultante. La elongación en cada punto corresponde a la suma algebraica de las amplitudes de cada una de las ondas por separado. Cuando se produce la superposición de las ondas, estas siguen avanzando después del encuentro conservando sus propiedades (amplitud, frecuencia, longitud de onda, velocidad). En una cuerda vibrante, la onda resultante de la superposición de la onda incidente y reflejada es una onda estacionaria. En una onda estacionaria, es posible distinguir ciertos puntos llamados nodos y antinodos. Los nodos son los puntos de la cuerda que permanecen en reposo sin vibrar, mientras que los antinodos son los puntos de la cuerda que vibran con la máxima amplitud. La onda estacionaria formada en una cuerda vibrante tiene una cantidad de nodos y antinodos, característica que varía dependiendo de la tensión y de la longitud de la cuerda. Mientras más grave es el sonido menor es la cantidad de nodos y de antinodos. Cuando dos ondas se cruzan, interfieren y dan en el punto de cruce una resultante de características bien definidas -producto de la combinación de las dos-, pero prosiguen sin modificarse la una a la otra, transportando cada una su energía. Cuando dos ondas de igual amplitud, dirección y frecuencia interfieren forman una resultante que es la suma de las dos. La suma puede variar entre los siguientes valores:   

Si las ondas que interfieren están en fase, la onda resultante tendrá la misma dirección, la misma frecuencia y su amplitud será el doble. Si su desfase es de 180º se anulan, no dan onda, se destruyen. Si su desfase se encuentra entre los dos valores anteriores, la onda resultante tendrá la suma/resta de las amplitudes de las dos ondas que interfieren. La resultante será distinta en cada instante.

El Osciloscopio El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc. Con el osciloscopio se pueden visualizar formas de ondas de señales alternantes, midiendo su voltaje pico a pico, medio y rms. Según se observa, los circuitos fundamentales son los siguientes: Atenuador de entrada vertical  Amplificador de vertical 

        

Etapa de deflexión vertical Amplificador de la muestra de disparo (trigger) Selector del modo de disparo (interior o exterior) Amplificador del impulso de disparo Base de tiempos Amplificador del impulso de borrado Etapa de deflexión horizontal Tubo de rayos catódicos Circuito de alimentación.

Tipos de osciloscopios: Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: analógicos y digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. ¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?       

Medir directamente la tensión (voltaje) de una señal. Medir directamente el periodo de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. Medir la diferencia de fase entre dos señales. Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. Localizar averías en un circuito. Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

Ondas Estacionarias en cuerdas y Columnas de Aire Al hablar de ondas estacionarias se debe sobrentender que son el resultado de una superposición de ondas transversales al reflejarse ya que los extremos del medio donde se propagan, es fijo. Toda onda transversal propagada en una cuerda, contiene sus propias características que son su velocidad, amplitud y su frecuencia (f); y estarán afectadas por la constante μ que define la densidad lineal de la cuerda. Análogamente a como se producen las ondas estacionarias en una cuerda, las ondas estacionarias en una columna de aire confinado en un tubo, se producen por la superposición de ondas longitudinales incidentes y reflejadas en el interior del mismo en estado de resonancia. Pero a diferencia de los modos propios de oscilación en una cuerda, en una columna de aire, estos no se pueden ver a simple vista; existen como arreglos de las moléculas de aire llamados condensaciones y rarefacciones.

OBJETIVOS  Comprender el mecanismo de un fenómeno experimental observado.  Analizar y construir circuitos de corriente alterna para modelar la suma y resta de ondas, utilizando el programa Multisim.  Verificar la utilización de cada parte de un osciloscopio para experiencias en donde estén involucrados la generación de ondas o pulsos.  Aplicar adecuadamente el concepto de control de variable entre magnitudes físicas relacionadas entre si.  Adquirir destrezas en la utilización de programas de simulación, así como de instrumentos como el osciloscopio.  Reconocer los tipos de errores en las mediciones y las causas de los mismos.

PROCEDIMIENTO Modelo de Suma de ondas 

Utilizando el programa de computadora Multisim, construye el circuito de la siguiente figura XSC1 G T A

B

C

D

1

V1 120 Vrms 60 Hz 0°

R1 1kΩ

R2 1kΩ 3

2 L1 1.3mH

L2 1.3mH

0



Siguiendo las instrucciones de tu instructor y utilizando una escala de Canal A = 100mV/Div y Canal B = 200mV/Div. Utiliza 5ms/Div o 10 ms/ Div



Observa la forma de pulsos generados en el osciloscopio en indica su amplitud A1 = 83.156 mV

A2 = 83.156 mVf



Utiliza la función de suma que aparece el de herramientas de el osciloscopio



Describe la forma de tu pulso generado en este caso, a que conclusión llegas, explica Al aplicar la función suma, la amplitud se duplicó debido a que su ángulo de fase es el mismo__________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________



Modifica los valores de las resistencias a 10 kΩ y vuelve a realizar el procedimiento anterior, modificando los parámetros en el osciloscopio, indica tus observaciones y explica si existió algún cambio o no Las ondas se comportan de la misma manera, lo único que cambió fue la amplitud, ya que disminuyó a medida que se aumentó la resistencia, por lo que concluimos que la amplitud (A) es proporcional a la inductancia (L) e inversamente proporcional a la resistencia (R)______________________________________________________________________________________________________

Modelo de Resta de ondas 

Utilizando el programa de computadora Multisim, construye el circuito de la siguiente figura XSC1 G T A

1

C1 5.41mF

B

C

D

L1 1.3mH

2 3

V1 120 Vrms 60 Hz 0°

R1 10kΩ

R2 10kΩ

0



Siguiendo las instrucciones de tu instructor y utilizando una escala de Canal A = 100V/Div y Canal B = 200V/Div. Utiliza 5ms/Div o 10 ms/ Div



Observa la forma de pulsos generados en el osciloscopio en indica su amplitud A1 = 169.498 V

A2 = 169.498 V



Utiliza la función de suma que aparece el de herramientas de el osciloscopio



Describe la forma de tu pulso generado en este caso, a que conclusión llegas, explica Al aplicar la función suma, la amplitud se duplica debido a que el ángulo de fase es el mismo__________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________



Modifica los valores del capacitor y el inductor a C= 15mF y L= 6.5 mH, y realiza el procedimiento anterior, a que conclusión puedes llegar, explica Al cambiar estos valores las dos ondas senoidales se mantuvieron iguales en cuanto a la amplitud; esto se logra ya que la inductancia y la capacitancia se incrementaron simultáneamente, por lo que no se produce ningún cambio a diferencia de la experiencia anterior________________________________________________________________________________________________

GRÁFICOS Circuito 1:

Simulación del circuito con el osciloscopio:

Circuito 1 (modificado):

Simulación del circuito 1 (modificado):

Circuito 2:

Simulación del circuito 2:

Circuito 2 (modificado):

Simulación del circuito 2 (modificado):

RECOMENDACIONES

Para el Profesor:  Desarrollar de forma dinámica el laboratorio de manera que motive al estudiante a interesarse por las tareas a realizar.  Evitar la gran extensión de temas en los laboratorios para así contar con tiempo suficiente para efectuar la experiencia y quedar claro en lo que se este realizando.  Evaluar el desarrollo de los laboratorios en el momento en que se están realizando para así poder aclarar dudas. Para el Estudiante:  Prestar atención a la explicación de cada laboratorio de modo que se pueda adquirir un conocimiento práctico que le ayude a desenvolverse mejor en la parte teórica de la asignatura.  Confeccionar buenos informes tratando siempre de cumplir con las indicaciones establecidas por el facilitador.  Desenvolverse rápido en las horas de laboratorio para evitar que queden inconclusos los mismos.

CONCLUSIONES Al haber realizado este laboratorio hemos concluido que:



Cuando dos ondas de igual amplitud, dirección y frecuencia, se interfieren en fase, la onda resultante tendrá la misma dirección y la misma frecuencia pero su amplitud será el doble.



Cuando dos ondas de igual amplitud, dirección y frecuencia, se interfieren en desfase de 180º, no dan onda resultante ya que se anulan, se destruyen.



En una cuerda vibrante, la onda resultante de la superposición de la onda incidente y la onda reflejada, es una onda estacionaria.



En una onda estacionaria, se distinguen ciertos puntos que reciben el nombre de nodos y antinodos. Los nodos son los puntos de la cuerda que permanecen en reposo (sin vibrar), mientras que los antinodos son los puntos de la cuerda que vibran con la máxima amplitud.



El osciloscopio es un instrumento de mucha utilidad ya que nos permite realizar múltiples funciones como: visualizar directamente el voltaje y el periodo de una señal, medir la diferencia de fase entre dos señales, determinar que parte de la señal es CD y CA, entre muchas otras funciones.

BIBLIOGRAFÍA 

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/velocidaddelsoni do/velocidadsonido

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http://www.monografias.com/trabajos35/ondas-estacionarias/ondasestacionarias

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http://www.monografias.com/trabajos/osciloscopio/osciloscopio

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http://fisica1m.blogspot.com/2009/07/superposicion-de-ondas