Experimento Ilusión Óptica Agua

August 31, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Física II Trabajo Practico Óptica

 

 

Experimento ilusión óptica agua INTRODUCCIÓN: En este experimento buscamos crear una ilusión óptica de la levitación del agua a través de las ondas del sonido; y así mismo explicar los fundamentos físicos: frecuencia, ondas longitudinales. Explicaremos los principios básicos de la física, como la longitud de onda y la frecuencia. Debido a que cuando modificamos y sincronizamos las ondas generadas en las luces y en la frecuencia obtendremos el efecto deseado; el cual a siempre vista parece “magia” o que el agua este levitando, pero en realidad es una ilusión óptica desarrollado por principios básicos de física.

OBJETIVOS:

  Demostrar la ilusión de la levitación del agua en base a fundamentos físicos     Comprender y analizar los conceptos físicos sobre la óptica, que se usaran en

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el proyecto. 

CONCEPTOS TEORICOS: Frecuencia  es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.  Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido.  Según el Sistema Internacional (SI),  la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a

Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó originalmente «ciclo por segundo» (cps). Otras unidades para indicar frecuencias son revoluciones por minuto (rpm o r/min según la notación del SI); las pulsaciones del corazón se miden en latidos por minuto (lat/min) y el tempo musical se mide en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés “beats per minute”). 

¿A cuánto equivale un Hertz – Hz? El Hertz, cuyo símbolo es (Hz) es una unidad de frecuencia dentro del sistema internacional de unidades, jubilando por tanto la anterior nomenclatura de los ciclos   Hertz equivale a un ciclo por segundo.   por Por segundo. lo tanto un

 

Viene nombrado en honor del físico Rudolf Hertz que estudiaba la propagación de las ondas electromagné electromagnéticas. ticas. 

1 Hertz equivale a: 



  1000 mili hercios. 



  Un millón de micro-hercios. 



  0,001 kilo hercios. 



  10−9  Giga-hercios. 

FRECUENCIAS DE ONDAS: En Asia, Oceanía, África y gran parte de América del Sur, la frecuencia de corriente alterna para uso doméstico (en electrodomés electrodomésticos, ticos, etc.) es de 50 Hz. En cambio en América del Norte de 60 Hz. Para determinar la frecuencia de la corriente alterna producida por un generador eléctrico se utiliza la siguiente ecuación:

Donde: F: frecuencia (en  (en Hz Hz))  P: número de polos (siempre deben ser pares) Vg: velocidad de giro (en  (en rpm rpm)). F: frecuencia (en  (en Hz Hz))  P: número de pares de polos.

 

FÍSICA DE LA LUZ

 

La luz visible es una onda electromagnética, que consiste en oscilaciones eléctricas y campos magnéticos que viajan por el espacio.  La frecuencia de la onda determina el color: 4×1014 Hz es la luz roja, 8×1014 Hz es la luz violeta, y entre estos (en el rango de 4-8×1014 Hz) están todos los otros colores del arco iris.  Una onda electromagnética puede tener una frecuencia de menos de 4×1014 Hz, pero no será visible para el ojo humano, tales ondas se llaman infrarrojos (IR).  Para frecuencias menores, la onda se llama microondas, microondas, y en las frecuencias aún más bajas tenemos las ondas de radio.   Del mismo modo, una onda electromagnética puede tener una frecuencia mayor que 8×1014 Hz, pero será invisible para el ojo humano, tales ondas se llaman ultravioleta (UV). Las ondas de frecuencia mayor que el ultravioleta se llaman rayos X, y con frecuencias más altas aún encontramos los rayos gamma.   Todas estas ondas, las ondas de radio de baja frecuencia hasta los rayos gamma de alta frecuencia, son fundamentalmente las mismas, y todas ellas son llamadas radiación electromagnética. Todas ellas viajan a través del vacío a la velocidad de la luz.  Otra característica de una onda electromagnética es la longitud de onda.   La longitud de onda es inversamen inversamente te proporcional a la frecuencia, por lo que una onda electromagnética con una frecuencia más alta tiene una longitud de onda más corta, y viceversa. 

 

FRECUENCIA DEL SONIDO: La frecu frecuenc encia ia del del sonid sonido o se mide mide en cicl ciclos os por por segund segundo o ( ) o en Herz Herz o herc hercios ios (Hz (Hz). ). La medida se puede iniciar en cualquier parte de la onda, siempre y cuando termine donde empezó. El número de veces que esto pasa en un segundo es la frecuencia de la onda. Entre más ciclos por segundo más alto el sonido.   Cada frecuencia de un sonido produce un tono distinto.  La banda de frecuencias audibles se descompone en tres regiones:  Tonos graves: de 125 Hz a 250 Hz.   Tonos medios: de 500 Hz a 1000 Hz.   Tonos agudos: de 2000 Hz a 4000 Hz.   Cuando estas vibraciones del aire son percibidas por nuestros oídos, éstos las transforman en señales eléctricas que puedan ser entendidas por nuestro cerebro. Un micrófono actúa de manera similar transformando las vibraciones acústicas en eléctricas de manera que puedan guardarse, manipularse, y reproducirse. A esta señal se la denomina señal analógica. La forma de onda más sencilla es la denominada onda sinusoidal, que se caracteriza por tener una frecuencia y una amplitud constante. 

LONGITUD DE ONDA La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda.  Otra propiedad física, que podríamos haber utilizado para medir la longitud de onda de las ondas electromagnéticas, es su efecto magnético (su campo magnético), que también varía en el tiempo.  En el caso de las ondas llamadas "olas del mar", esa propiedad puede ser la posición de una de sus moléculas respecto al nivel medio del mar.  La a una determinada velocidad (que depende de varios aspectos queperturbación aquí no sonavanza relevantes).   Si medimos lo que avanza la perturbación en el transcurso de tiempo empleado por una de sus moléculas en pasar dos veces consecutivas por un máximo en su posición respecto al nivel medio del mar, obtendremos la longitud de onda de esa onda que llamábamos "olas del mar".  En este caso, esa distancia (esa longitud de onda) coincide con la separación entre dos crestas consecutivas, pero no es conveniente quedarse con la idea de que todas las ondas tienen "crestas".  La luz no las tiene. La definición de "distancia recorrida por la perturbación (no por el material, moléculas, etc.)  En una determinada duración de tiempo" es la definición válida.  

 

Es necesario recalcar que la longitud de onda no es la distancia que recorren las partículas implicadas en la propagación de la onda (moléculas de agua en las olas del mar, átomos o moléculas de la corteza terrestre en un terremoto, moléculas de la atmósfera terrestre propagando un sonido, etc.).  

EXPLICACION FISICA DEL FENOMENO

Un flujo de agua cualquiera no tiene una forma definida por si solo, pero si la hacemos vibrar mediante un generador de frecuencia con una onda uniforme adquirirá una forma o figura definida. Si el flujo de agua que cae, lo hacemos vibrar a la misma frecuencia a la cual tenemos encendida la luz estroboscópica veremos que el agua levita.

¿Cómo es esto?

Es simple, con nuestro generador de sonido podemos dar una forma definida al flujo de agua, como se muestra la figura, es decir que constantemente el agua se va a estar moviendo hacia adelante y hacia atrás, la luz, que enciende y apaga 50 veces por segundo (barras grises en la figura)Es decir cada vez que se enciende y apaga la luz, alumbra al flujo de agua en la misma posición que estaba anteriormente, esto creara la ilusión óptica de que veamos gotas de agua levitando.

 

Veamos con otro ejemplo: 

Aquí, dejamos al flujo de agua corriendo a la misma frecuencia, pero con la luz estroboscópica a 49hz. Vemos claramente que los periodos, tanto del flujo de agua y de la luz estroboscópica no coinciden, (el periodo de la luz es ligeramente menor, al tener menor frecuencia), en vez de tener un flujo de gotas estáticas como el caso anterior, veremos un flujo de gotas descendentes, ya que cada vez que enciende la luz, captura al flujo de agua en una posición un poco más adelantando que la anterior, debido a la d diferencia iferencia de periodos entre ambos como mencionamos antes.

 

 

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