Tanque de ondulación - Ripple tank
En física , un tanque de ondas es un tanque de agua de vidrio poco profundo que se usa para demostrar las propiedades básicas de las olas . Es una forma especializada de tanque de olas . El tanque de ondas generalmente se ilumina desde arriba, de modo que la luz brille a través del agua. Algunos pequeños tanques de ondas encajan en la parte superior de un retroproyector , es decir, se iluminan desde abajo. Las ondas en el agua se muestran como sombras en la pantalla debajo del tanque. Se pueden demostrar todas las propiedades básicas de las ondas, incluidas la reflexión , la refracción , la interferencia y la difracción .
Las ondas pueden ser generadas por un trozo de madera que está suspendido sobre el tanque en bandas elásticas de modo que solo toque la superficie. Atornillado a la madera hay un motor que tiene un peso descentrado unido al eje. A medida que el eje gira, el motor se tambalea, sacude la madera y genera ondas.
Demostrar las propiedades de las olas
Se pueden demostrar varias propiedades de las olas con un tanque de ondas. Estos incluyen ondas planas , reflexión, refracción, interferencia y difracción.
Ondas planas
Cuando se baja el ondulador para que toque la superficie del agua, se producirán ondas planas.
Primer plano del ondulador: el rectángulo marrón es una paleta oscilante
Ondas circulares
Cuando el ondulador se une con una bola esférica puntiaguda y se baja de modo que solo toque la superficie del agua, se producirán ondas circulares.
Reflexión
Demostrar el reflejo y el enfoque de los espejos.
Al colocar una barra de metal en el tanque y golpear la barra de madera, se puede enviar un pulso de tres de cuatro ondas hacia la barra de metal. Las ondas se reflejan en la barra. Si la barra se coloca en un ángulo con respecto al frente de onda, se puede ver que las ondas reflejadas obedecen a la ley de la reflexión. El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión serán los mismos.
Si se utiliza un obstáculo parabólico cóncavo , un pulso de onda plana convergerá en un punto después de la reflexión. Este punto es el punto focal del espejo. Se pueden producir ondas circulares dejando caer una sola gota de agua en el tanque de ondulación. Si esto se hace en el punto focal del plano "espejo", las ondas se reflejarán.
Refracción
Si se coloca una hoja de vidrio en el tanque, la profundidad del agua en el tanque será menor sobre el vidrio que en cualquier otro lugar. La velocidad de una ola en el agua depende de la profundidad, por lo que las ondas disminuyen a medida que pasan sobre el vidrio. Esto hace que la longitud de onda disminuya. Si la unión entre el agua profunda y la superficial forma un ángulo con el frente de onda , las ondas se refractarán. En el diagrama de arriba, se puede ver que las ondas se inclinan hacia lo normal. Lo normal se muestra como una línea de puntos. La línea punteada es la dirección en la que viajarían las olas si no se hubieran encontrado con la pieza de vidrio en ángulo.
En la práctica, mostrar la refracción con un tanque de ondas es bastante complicado de hacer.
- La hoja de vidrio debe ser bastante gruesa, con el agua sobre ella lo menos profunda posible. Esto maximiza la diferencia de profundidad y, por tanto, provoca una mayor diferencia de velocidad y, por tanto, un mayor ángulo.
- Si el agua es demasiado poco profunda, los efectos de arrastre viscoso hacen que las ondas desaparezcan muy rápidamente.
- El vidrio debe tener bordes lisos para minimizar los reflejos en el borde.
Difracción
Si se coloca un pequeño obstáculo en el camino de las ondas y se usa una frecuencia lenta, no hay un área de sombra ya que las ondas se refractan a su alrededor, como se muestra a continuación a la derecha. Una frecuencia más rápida puede resultar en una sombra, como se muestra a continuación a la derecha. Si se coloca un obstáculo grande en el tanque, probablemente se observará un área de sombra.
Si se coloca un obstáculo con un pequeño espacio en el tanque, las ondas emergen en un patrón casi semicircular. Sin embargo, si el espacio es grande, la difracción es mucho más limitada. Pequeño , en este contexto, significa que el tamaño del obstáculo es comparable a la longitud de onda de las ondas.
Difracción de una cuadrícula
También se puede observar un fenómeno idéntico a la difracción de rayos X de los rayos X de una red cristalina atómica , lo que demuestra los principios de la cristalografía . Si uno baja una cuadrícula de obstáculos en el agua, con el espacio entre los obstáculos correspondiente aproximadamente a la longitud de onda de las ondas del agua, verá la difracción de la cuadrícula. En ciertos ángulos entre la cuadrícula y las olas que se aproximan, las olas parecerán reflejarse en la cuadrícula; en otros ángulos, las olas pasarán. De manera similar, si se altera la frecuencia (longitud de onda) de las ondas, las ondas también pasarán o se reflejarán alternativamente, dependiendo de la relación precisa entre el espaciado, la orientación y la longitud de onda.
Interferencia
La interferencia se puede producir mediante el uso de dos balancines que están conectados a la barra ondulada principal. En los diagramas de abajo a la izquierda, las áreas claras representan crestas de ondas, las áreas negras representan valles. Observe las áreas grises: son áreas de interferencia destructiva donde las ondas de las dos fuentes se anulan entre sí. A la derecha hay una fotografía de la interferencia de dos puntos generada en un tanque de ondas circulares.
Ver también
- Onda capilar
- PSSC Physics : libro de texto de física pionero en la escuela secundaria que hizo un uso extensivo de los tanques de ondas para ilustrar las olas
- Ecuaciones de aguas poco profundas
- Tanque de olas
Referencias
- Breithaupt, Jim (2000) New Understanding Physics for Advanced Level páginas 309–312, Nelson Thornes. ISBN 9780748743148 .