5. SUPERPOSICION DE ONDAS
EXPERIENCIA 5.3: Ondas estacionarias

La interferencia de dos ondas con la misma frecuencia y amplitud viajando en sentido contrario se puede obtener por superposicion de la onda incidente y su reflejada en una frontera de separacion. Utilizar diferentes valores del coeficiente de reflexion nos va a permitir simular una superposicion de ondas viajando en sentido contrario con igual o diferente amplitud. Consideremos una cuerda limitada en su extremo derecho y en ella la interferencia de una onda incidente con su reflejada

La onda resultante de la pantalla corresponde  inicialmente a un coeficiente de reflexión 0,5 como podemos comprobar visualizando separadamente la onda incidente y la onda reflejada. En este caso un elemento de cuerda oscila desde su posicion de equilibrio y aparentemente la onda avanza hacia la derecha aunque de forma diferente a la onda incidente. Para poder apreciar mejor porqué son distintas, dejemos la traza marcada el tiempo suficiente para apreciar el area limitada por la envolvente de  la amplitud. Esta envolvente es una linea curva donde se aprecian vallles y crestas, lo cual pone de manifiesto que la oscilacion de un punto de la cuerda alcanza un valor máximo (o amplitud) que depende de la posicion aunque no del tiempo transcurrido.(Pausa On / Off).
Un coeficiente de reflexion igual a cero implica que no hay reflexion siendo en este caso la onda resultante igual a la onda armónica incidente Al dibujar la traza observamos que el valor máximo de la oscilacion no depende de la posicion, la envolvente es una linea recta lo que indica una amplitud constante.( Borrar traza)

Cuando el valor absoluto del coeficiente de reflexión es igual a la unidad la reflexion es total. En la cuerda cualquiera de los casos, extremo libre o extremo fijo,  la  linea que delimita la amplitud es similar

Coef. R =+1 / (Traza On / Off) / (Pausa On / Off).

Coef. R =-1 / (Traza On / Off) / (Pausa On / Off).

Esta forma de la envolvente indica que los puntos de la cuerda oscilan con una amplitud diferente según la posicion, la cual va desde un valor nulo a un valor máximo igual al doble de la amplitud incidente. En este caso la superposicion de ondas da lugar a una ONDA ESTACIONARIA porque existen puntos en reposo permanente -NODOS- a través de los cuales no puede haber, en consecuencia, transporte de energia. Los puntos de la cuerda que alcanzan un desplazamiento máximo se les conoce como ANTINODOS o VIENTRES. La separacion entre los nodos (o entre los antinodos) es media longitud de onda y la distancia de nodo a vientre un cuarto de longitud de onda.
La onda estacionaria no viaja, en el punto límite no hay perdida de energia y tanto la onda incidente como la reflejada tienen la misma amplitud por lo que la onda resultante tiene de amplitud máxima el doble.

Para cualquier valor intermedio del coeficiente de reflexión obtenemos lo que llamamos una ONDA PARCIALMENTE ESTACIONARIA. Visualicemos por ejemplo dos casos

CoefR =+0.25 /(Traza On /Off) / (Pausa On /Off).

CoefR =+0.75 /(Traza On /Off) / (Pausa On /Off).

de los cuales podemos comprobar como a un coeficiente de reflexión menor corresponde una onda resultante con menor  amplitud máxima y mayor amplitud mínima.

En un medio sin fronteras, no hay restricción sobre las frecuencias o longitudes de onda de las ondas estacionarias, asi lo podemos comprobar en la reflexion total y otra frecuencia (si prefiere observelo con Traza On / Off) .
Sin embargo cuando las ondas estan confinadas en el espacio, por ejemplo, si la cuerda está sujeta por ambos extremos las ondas estacionarias pueden generarse sólo para un conjunto discreto de frecuencias.

Supongamos que empieza a generarse una nueva onda justo cuando llega un valle de la reflejada, esto ocurre cuando el tiempo que toma una pulsacion en el viaje de ida y vuelta es múltiplo del periodo de vibracion. Se genera una onda estacionaria pero con la diferencia de que en este caso ambos extremos permanecen fijos debido a que la amplitud de vibracion es mucho menor que la de la onda estacionaria. Estas condiciones de frontera imponen restricciones a las frecuencias dando lugar a las ONDAS ESTACIONARIAS RESONANTES. 

TAREAS


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