Propagación de las ondas transversales en los muelles

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

El principal objetivo de esta actividad consiste en observar la propagación y reflexión de las ondas tr ansversales en los muelles.

MATERIALES NECESARIOS

• Mordaza con varilla
• Muelle de 40 mm Ø
• Tornillo de mesa

INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA

Dos alumnos mantienen el muelle por sus extremos convenientemente tensado. Uno de ellos da una sacudida lateral como si manejase un látigo moviendo la mano solamente a la derecha y volviendo a la misma posición. Conviene poner la otra mano apoyada como tope.

Se forma una especie de semionda aislada que podemos llamar deformación, o señal, o pulso. Se verá que esta deformación se prolonga a lo largo del muelle y a un lado del mismo, sin cambiar de forma y con una velocidad tanto mayor cuanto mayor sea la tensión del muelle. Comprobarlo estirándolo más.

En general, la velocidad de las ondas depende de las propiedades elásticas del medio por el que caminan.

Si ambos alumnos producen deformaciones éstas se propagan en sentidos contrarios, se cruzan en un punto M y siguen su camino sin perturbarse, es decir, sin ninguna alteración en su forma ni en su velocidad. Esta particularidad tan notable es común a todas las ondas. Para entender cómo es posible, basta dibujar las dos deformaciones en las posiciones sucesivas mientras se cruzan. Sumando las ordenadas respectivas resulta la curva que forma el muelle en cada instante (Fig. 1), ya que cada punto del mismo, realiza el movimiento resultante de los debidos a cada deformación por separado.

Sujetar un extremo del muelle con la mordaza como indica la figura. Se da en el otro extremo una sacudida lateral rápida y fuerte y la deformación o señal llega al extremo fijo y vuelve reflejada. Se verá, en este caso, que si la señal incidente caminaba por la izquierda del muelle, la reflejada vuelve por la derecha, es decir, invertida.

Repetir la experiencia, pero uniendo ahora el extremo del muelle a la mesa por una cuerda intermedia de dos o más metros. Este extremo queda entonces libre para poder vibrar cuando llega la señal incidente, la cual también se refreja, pero volviendo ahora por el mismo lado por el que llegó la incidente. No hay en este caso inversión (Fig. 3).

La reflexión que tiene lugar en el extremo, cuando está fijo, se suele explicar diciendo que ocurre «como si» la señal que llega a dicho punto por el muelle se encontrase con otra señal ficticia e invertida, que viniese por la prolongación del muelle en sentido contrario. Ambas al encontrarse se cruzarían, haciéndose ficticia la que es real y viceversa y dejando en reposo el extremo del muelle (Fig. 2).

La reflexión que se produce sin inversión, cuando el extremo está libre, se explicaría, de modo análogo, con las dos señales (real y ficticia) que llegasen al extremo libre caminando en sentidos contrarios y ambas por el mismo lado. El punto extremo vibraría con gran amplitud, como sucede en realidad.

La deformación del muelle contiene en ambos casos una energía que la ha proporcionado nuestra mano. Esta energía se conserva y vuelve en la deformación reflejada.