Cubeta de Ondas Visita N°3 Didáctica III Francesca Accinelli Prof. Dr. Gustavo Klein Profesorado en Física

Instituto de Profesores “Artigas” Montevideo 2015

RESUMEN En el programa nos encontramos en el punto bisagra entre el modelo de rayo y el modelo ondulatorio de la luz. Se cree muy útil para avanzar desde interferencia de ondas en una dimensión (clase anterior), hacia el modelo ondulatorio de la luz (clase siguiente), la observación de ondas bidimensionales en la cubeta, con la explicación de los fenómenos que allí se pueden apreciar, introduciendo el modelo ondulatorio y planteando actividades de nexo con los temas anteriores y los siguientes.

Fecha: Jueves 18/06/2015 Liceo: Nº 63. Grupo: 4°3 Horario: 8:10-8:55 Cantidad de alumnos estimada: 32 alumnos Visitantes: Diana Cabrera - Martin Ferreira - Elena García Lugar: Laboratorio

En particular en esta planificación se intentó tener en cuenta algunos aspectos negativos detectados en las visitas anteriores, a saber: La falta de registro de las actividades de laboratorio, la poca cantidad de tareas para el estudiante en el transcurso de la clase, la ausencia de actividades alternativas como ser los crucigramas, etc. OBJETIVOS Visualizar la propagación de ondas bidimensionales circulares y planas en la cubeta de ondas.

LAB

ESCALERA RAMPA

Observar los fenómenos de: Interferencia, difracción, Reflexión, Refracción. Interpretar los modelos teóricos de cada fenómeno contrastando con lo observado.

Uso del salón: Mesas dispuestas en U MATERIALES 2 Pizarrones, Marcadores, Borrador (sobre uno se proyectará la cubeta y sobre el otro las diapositivas), consigna para cada estudiante, PC conectado a cañón, Cubeta de ondas* conectada a proyector *MATERIALES CUBETA Fuente de CA variable, Motor conectado a soporte con dos focos puntuales y regla para intercambiar, cubeta (recipiente prisma tranparente) Agua con colorante de cocina, barreras y vidrio.

INICIO 5 min Los estudiantes se disponen en el salón. Se entregan las hojas con las consignas y se pide que se vayan completando a medida que transcurre la clase para entregar al final. Se explica el dispositivo experimental, qué es lo que se está visualizando, por qué y para qué.

DESARROLLO 30 min Se mostrarán los cuatro fenómenos distintos con una duración de unos 7 minutos cada uno. Estos minutos serán utilizados por el docente parapara: Dar inicio al fenómeno (2 min) mostrar diapositivas del modelo teórico (2 min), relacionar el modelo con la teoría mientras se pasa por las mesas para observar lo que están haciendo los estudiantes en sus hojas (3 min) Todo este desarrollo será de una metodología expositiva-interrogativa, vinculando al trabajo en clase anterior en los distintos equipos y a los simuladores dados de deberes.

FENÓMENO 1 INTERFERENCIA DE ONDAS GENERADAS POR DOS FOCOS PUNTUALES EN FASE

FENÓMENO 2 DIFRACCIÓN DE ONDAS PLANAS AL ATRAVESAR UN ORIFICIO ENTRE DOS BARRERAS PLANAS

FENÓMENO 3 REFLEXIÓN DE ONDAS PLANAS AL INCIDIR SOBRE BARRERA RECTA A 45°

FENÓMENO 4 REFRACCIÓN DE PULSOS* AL ATRAVESAR MEDIO DE MENOR PROFUNDIDAD (*No es apreciable un cambio a partir del motor )

CIERRE 10 min Una vez más se pasará por las mesas preguntando si llegaron a completar la palabra central del crucigrama (“Modelo ondulatorio”, y realizando preguntas que figuran en la parte 3 del anexo. Es decir, se trata de concluir que algunos de los fenómenos observados en la cubeta ya los habíamos explicado a partir del modelo de rayo (reflexión, refracción) y otros no (interferencia, difracción), planteando la interrogante sobre las ventajas de un modelo ondulatorio para la luz y pidiéndoles que vuelvan al video y a investigar más sobre el tema.

Anexo

Guía y crucigrama para completar en clase Fotos a mostrar en las diapositivas Consigna anterior (deberes Simulador) Fotos y videos de las observaciones realizadas

Bibliografía Egaña, B. G. (2014). Interacciones Campos y Ondas. Montevideo: Contexto. PSSC. (1995). Física. Barcelona: Reverté.

ONDAS BIDIMENSIONALES-ACTIVIDAD EXPERIMENTAL. NOMBRE: Completa la siguiente guía de laboratorio según lo que tu crees corresponde a cada ítem. OBJETIVOS (¿Para qué realizamos esta actividad? ¿Qué queremos lograr?)

MATERIALES (¿Qué necesitamos para hacer la actividad? ¿Qué instrumentos, sustancias y aparatos usamos?)

PROCEDIMIENTO (¿Cuáles fueron los pasos seguidos para realizar la actividad? )

CONCLUSIONES (Completa el crucigrama y dibuja un esquema de cada fenómeno observado. Puedes sacar fotos para complementar.) Las ondas ______________________(1) son aquellas que se propagan en un plano, y que pueden ser circulares si son ocasionadas por un foco puntual o bien planas si son generadas por un objeto recto. Las ondas formadas con estas características tendrán crestas que se representan con líneas continuas y valles que se representan con líneas punteadas (en algunas ocasiones no se representan para simplificar). La relación entre la ______________ (2) de propagación, la ________________(3) y la ____________________(4) se mantiene igual que en las ondas unidimensionales, es decir: Y además la velocidad dependerá nuevamente del ______________(5) donde se propaga la onda. Se van a apreciar algunos fenómenos similares a los de ondas unidimensionales, como el de ___________________(6) que ocurre cuando se superponen dos ondas. Puede ser ________________(7) en caso de que se sumen dos crestas o de que se sumen dos valles. A su vez es destructiva si se superpone una cresta y un valle, dado que existe un punto donde el medio no será perturbado. Estos puntos se denominan ____________(8) y en su conjunto conforman líneas denominadas líneas nodales. Otro fenómeno que puede observarse y que no se observó antes en una dimensión es el de _____________(9) y consiste en la propiedad que tienen las ondas de rodear un obstáculo. Para que se aprecie debe existir una barrera con un orificio cuyo ____________(10) debe ser cercano a la longitud de onda. Entonces la onda plana atravesará este orificio propagándose en forma circular más allá de la barrera.

Cuando una onda plana incide con cierta inclinación hacia una barrera recta se puede apreciar el fenómeno de ___________________(11). En este caso el ángulo _____________(12) y el ángulo ______________________(13) que tiene el frente de ondas con la normal, serán iguales, tal como sucedía en la reflexión de la luz: El último fenómeno es probablemente el más difícil de observar (al menos en nuestra experiencia con la cubeta de ondas) y se denomina _____________________(14). Es el comportamiento del frente de ondas cuando cambia de medio. Si pasa hacia un medio de menor profundidad, la velocidad de propagación de la onda será menor, y por lo tanto también su longitud de onda. (Esto puede vincularse a las olas en el mar, donde cerca de la orilla parecen ser menores las distancias entre cresta y cresta que hacia el fondo del mar). A su vez en el caso de que el frente de ondas incida con una inclinación en de la superficie del segundo medio será refractado siguiendo la _________(15):

similar a la ley de Snell. Y por lo tanto se ________________(16) a la

normal cuando ________________(17) su velocidad.

1 5 9 3 11 4 2 6 8 7 15 14 12 13 R 16 17

B I M E

R

V

C

I E

N F

D D F E

E

O

N

S

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R I E

E D J A I

F E A C S

D

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M O D R E F L L O * L O I N O D R U L R A N T D O E R M I

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I C E N

F U X G

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C T O C E C E

I E S T Y C

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E

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A

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V

A

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A U

Y

E

A

10

A

N

C

H

O

PARA PENSAR: ¿Qué se forma en el eje central del crucigrama? ¿Encuentras similitudes entre estos fenómenos y algunos fenómenos relacionados a la luz? ¿Los fenómenos vistos en la cubeta pueden apreciarse en la luz? ¿Servirá el modelo de rayo para explicar todos los fenómenos de la luz? ¿Servirá más un modelo ondulatorio para la luz?

Ingresa al simulador https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/wave-interference En el MODO AGUA: 1. Con un solo goteo, en frecuencia media, mide la distancia entre cresta y cresta. Anótala. Luego pausa el goteo y aumenta la frecuencia al máximo. Mide nuevamente. ¿Qué notas? ¿Puedes explicar esto a partir de ? Recuerda que v es la misma porque el medio es el mismo. 2. Ahora solicita una barrera con una raja, varía su apertura desde cero, qué observas? 3. Ahora con dos goteos, con igual frecuencia, observa si hay líneas grises en donde el agua esté sin ser perturbada (no negras que serían doble valle ni claras que serían doble cresta).

Deberás imprimir pantallas o realizar un dibujo a mano para explicar cada parte. Puedes entregar tu tarea en papel o por facebook.