Ondas y sonido
Onda estacionaria en una cuerda
Pulsa Reproducir — los nodos (gris) permanecen quietos; los antinodos (brillantes) oscilan con y = A sin(nπx/L) cos(ωt).
Onda estacionaria en una cuerda — simulación interactiva de Ondas y sonido. Pulsa Reproducir — los nodos (gris) permanecen quietos; los antinodos (brillantes) oscilan con y = A sin(nπx/L) cos(ωt). Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Onda estacionaria
Las reflexiones en una cuerda fija crean nodos y antinodos: el patrón oscila en su lugar.
Una onda estacionaria es la superposición de dos ondas viajeras idénticas en direcciones opuestas. Los nodos tienen amplitud cero; los antinodos oscilan con amplitud máxima.
- Onda estacionaria y = A sin(nπx/L) cos(ωt)
- Longitud de onda λₙ = 2L/n
Informe de investigación
Planifique la pregunta antes de abrir el laboratorio.
El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.
Pregunta de conducción
Una cuerda fijada en ambos extremos resuena a frecuencias específicas llamadas armónicos. ¿Cómo se relaciona la frecuencia del segundo y tercer armónico con la fundamental?
Predicciones para pesar
- Las frecuencias armónicas no siguen un patrón simple en relación con la fundamental.
- La frecuencia de cada armónico es la mitad de la anterior.
- La frecuencia de cada armónico es un múltiplo entero de la fundamental.
Roles variables
Lo que configuraste:
- Número de armónico n
Lo que mides:
- fundamental f₁ (Hz)
- Frecuencia de resonancia fₙ (Hz)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el preajuste de cuerda estacionaria y presione Restablecer. La tensión (120 N), la densidad lineal (0.01 kg/m) y la longitud (1.2 m) son fijas.
- Habilite la lectura de frecuencia fundamental en la cuerda.
- Establezca el número armónico n para cada prueba y registre la frecuencia de resonancia.
Ecuación rectora
Fundamental de onda estacionaria de extremo fijo — f₁ = v/(2L)
Una cuerda fijada en ambos extremos sostiene una onda estacionaria cuya frecuencia más baja (fundamental) depende de la velocidad de la onda y de la longitud de la cuerda: f₁ = v/(2L).
Serie armónica — fₙ = n·f₁
Los modos de resonancia más altos ocurren en múltiplos de números enteros de la fundamental: fₙ = n·f₁. Cada número entero n corresponde a un ajuste de media longitud de onda más en la cuerda.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Calcule f₁ = √(T/μ)/(2L) usando T = 120 N, μ = 0.01 kg/m, L = 1.2 m, luego fₙ = n·f₁ para cada fila. Compare con la tabla.
- Su gráfica fₙ-vs-n debe ser una línea recta que pasa por el origen con pendiente f₁. Explique por qué fijar ambos extremos hace que resuenen solo múltiplos de números enteros de f₁.
¿Dónde aparece esto más allá del laboratorio?
- La fundamental de una cuerda de guitarra establece la nota que escuchas, pero la cuerda también vibra simultáneamente en armónicos más altos, dándole a la nota su timbre. ¿En qué otro lugar de esta aplicación puedes ver múltiples armónicos combinados?
- Si acortaras la cuerda a la mitad de su longitud (manteniendo la misma tensión y densidad lineal), ¿qué pasaría con la frecuencia fundamental? Utilice f₁ = v/(2L) para explicar.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.4 Standing waves and resonance
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- ¿Qué patrón?
- Aumenta el armónico
- Captura la resonancia
- Abre los datos
- Explica tu evidencia
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
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