Ejercicio 1..11

Ejercicio 1..11

de Nicolas Brignoni Dardano -
Número de respuestas: 7

Buenas a la hora de encara este ejercicio no tengo muy claro lo que hay que hacer. Es como que estas las ecuaciones pero no se como manipularlas para desenvolverme en el ejercicio. En la parte (a) hay que hallar la relación de las posiciones para que se cumplan las condiciones que se piden. En las clases de practico suelen hablar de condiciones de borde (nunca entendí que es eso) y en este caso en particular, esta cuerda tiene un extremo fijo y el otro libre? Es relevante el dato de que son muy largas? de ser así que me aporta?

Creo que intuitivamente se puede llegar a la solución pero me gustaría hacerlo de forma analítica.

Saludos

En respuesta a Nicolas Brignoni Dardano

Re: Ejercicio 1..11

de Elena Lourdes García García -
La relación depende si salen en fase o no. Cómo están unidos al mismo oscilador las ondas son emitidas en fase. Para que lleguen en fase debe haber una diferencia de caminos igual a un múltiplo de longitud de onda. Tal vez por eso decís que lo resolver en forma intuitiva. Para que lleguen desfasadas 180 tiene que haber una diferencia de caminos un número impar de medias longitudes de onda
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Re: Ejercicio 1..11

de Lucia Velazco -
Hola, está correcta la respuesta que te dió Elena. En este caso el extremo fijo de la cuerda está marcado así para poder decir que la onda que se genera se genera con la misma fase para ambas cuerdas... ( es decir que O_1 y O_2 están unidas y se las hace vibrar a la vez ). El que sean muy largas las cuerdas no creo que sea un dato importante, imagino es para que no tengas que pensar en como están tensionadas... y solo pienses en las ondas viajeras generadas que menciona en la letra.


Espero sea de ayuda la respuesta,
Cualquier otra duda a las órdenes,

Saludos,
Lucía
En respuesta a Lucia Velazco

Re: Ejercicio 1..11

de Nicolas Brignoni Dardano -
Tengo otra consulta, estuve jugando un poco con el simulador phet [https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_es.html] y observe que cundo el extremo de la cuerda es libre, entonces también se puede encontrar una frecuencia para la cual se generan nodos.

Precisamente, por si lo quieren probar, con 1,50Hz Tensión alta y ninguna amortiguación se generan ondas estacionarias si el extremo es libre, cuatro nodos y cuatro antinodos si contamos el punto donde la cuerda se enlaza a la argolla como pico.

Pero si el extremo es fijo la frecuencia a la que se generan la misma cantidad de nodos es 1,68Hz. Y si se prueba con 1,50Hz no se generan ondas estacionarias.

Esto es interesante pero meramente intuitivo.

Para poder hallar la ecuación que describe como se comportan las ondas cuando los dos extremos son fijos usábamos el principio de superposición
y_{1}(x,t) = y_{m}sen(kx - wt) y_{2}(x,t) = y_{m}sen(kx + wt) sumando estas dos ecuaciones, identidad trigonométrica de por medio.

Las ecuaciones eran estas porque una onda viajera se movía hacia la derecha y la otra hacia la izquierda
Pero en el caso del extremo libre una onda se mueve hacia la derecha y la otra hacia la izquierda, solo que esta vez la onda no se invierte. Entonces las ecuaciones son las mismas?
La duda surge porque en una clase de practico se hablo de como podría ser con extremo libre pero a mi me quedo muy en el aire todo eso. Tampoco se si es tan relevante

Bueno, un saludo.
En respuesta a Nicolas Brignoni Dardano

Re: Ejercicio 1..11

de Lucia Velazco -
Hola, me alegra que te haya interesado el tema y hayas investigado usando el simulador Phet que está muy bueno!

Creo que muchas de estas dudas sobre ondas te van a quedar bien claras cuando puedas hacer un curso propiamente de ondas, por ejemplo Vibraciones y Ondas. Pero al nivel de este curso igualmente podés entender ya varias cosas y te explico algunas...

Primero, tenés que tener cuidado cuando pensás en el simulador Phet, ya que habrás notado que las ondas que podes generar con eso son todas forzadas (al menos hasta donde sé) ya que si observás el extremo izquierdo de la cuerda, es como una maquinita que va subiendo y bajando la cuerda a la frecuencia que vos quieras... por lo tanto estas forzando la cuerda ( no es ni un extremo fijo ni uno libre, sino un extremo forzado ) el cual cumple otra condición.



Bien, para cada tipo de extremo de la cuerda la idea es que nosotros podemos imponer ciertas condiciones sobre la solución de la ecuación de onda, y así poder ver como nos queda finalmente la forma de la solución. En general trabajamos con ondas sinusoidaes (soluciones armónicas). 

Entonces, los tipos de condiciones de borde de las que hablaste en la pregunta son: fijas o libres.
 
Para la condición de borde fijo lo que decimos es que la solución debe valer cero allí, para cualquier tiempo, y(0,t)=0 si el extremo fijo se encuentra en x=0, por ejemplo. En el caso donde ambos extremos de la cuerda son fijos, llegaríamos a la solución de ondas estacionarias que trabajamos en el curso...  cuya interpretación se puede explicar pensando en que la onda se refleja y por lo tanto se suman dos ondas como bien venías mencionando.


Para la condición de borde libre diríamos que la fuerza que se hace sobre la cuerda en ese borde debe ser nula ( esto para que la cuerda se mueva libremente ) entonces (dy(0,t)/dx)=0 si el extremo libre se encuentra en x=0, por ejemplo. Ya que la fuerza de tensión en el extremo es proporcional a dy/dx y es la que queremos que se anule en el caso del extremo libre. Si ambos bordes son libres (o uno es libre y el otro fijo) también llegarías a soluciones de ondas estacionarias, pero un poco diferentes a las que tienen ambos bordes fijos... 
Estos casos también lo podes pensar como dos ondas que viajan en direcciones opuestas y que se suman, es el mismo razonamiento, solo que en este caso en el lugar donde está el borde libre no hay un nodo...

Por ejemplo en el caso donde un borde es fijo y el otro borde es libre tendrías que en el borde fijo y=0 pero en el borde libre dy/dx=0 ( entonces y=max ó y= mín ). Entonces en este caso te quedaría que la distancia L de la cuerda debe ser igual a L= (n+1/2)\lambda/2. Este caso si lo vamos a estudiar en el curso cuando trabajemos con ondas de sonido en tubos... pero ahí ya me estoy adelantando. 

Bueno, espero ayude, 


Saludos, 
Lucía. 



En respuesta a Lucia Velazco

Re: Ejercicio 1..11

de Nicolas Brignoni Dardano -
Buenas Lucia, muchas gracias por la información. No me termino de convencer por que la derivada parcial con respecto a x tiene que ser cero, es decir como se relaciona con la fuerza. Es por la ecuación v = \sqrt{\frac{T}{\mu}} ? Si es así entonces no son directamente proporcionales la velocidad y la fuerza no?
Bueno capaz entendí cualquiera.

Saludos.
Nicolas.
En respuesta a Nicolas Brignoni Dardano

Re: Ejercicio 1..11

de Lucia Velazco -
Fijate en la siguiente simulación:

https://www.fisicalab.com/apartado/ondas-estacionarias

La onda roja es la onda estacionaria, suma de la azul y la verde que viajan en sentidos opuestos.
Allí ambos extremos se encuentran en nodos, entonces ambos bordes serían fijos. Pero imaginate que uno de los bordes ( el derecho por ejemplo ) está en uno de los lugares donde siempre ves los máximos y mínimos, o sea que cortás la cuerda por allí, entonces ahí tendrías un borde fijo y un borde libre.

Saludos,
Lucía.
En respuesta a Lucia Velazco

Re: Ejercicio 1..11

de Nicolas Brignoni Dardano -
Buenas, gracias por la animación. Me sirvió para ver mejor ondas estacionarias con extremos fijos pero no logro visualizar extremo libre. Por eso me puse a probar en GeoGebra. Se que no es del todo corrector pero sirve para ver un poco como funciona.

Deje ocultas tres funciones de seno, dos y su respectiva suma (la cual no es una función muy linda) Pero sirve para darse cuenta que por ejemplo por mas que modifique la frecuencia, la amplitudes máximas de las ondas que resultan de la suma es la misma. Ademas hay un deslizador para moverse.

Todavía no se me ocurre, tampoco se si es posible simular un extremo fijo y otro libre

Link GeoGebra: https://www.geogebra.org/graphing/ngevufcc