Práctica VIII

Práctica 8. Uso de ondas estacionarias para determinar la velocidad de la luz o la
frecuencia de una fuente de microondas.
Introducción.
Cuando dos ondas electromagnéticas se localizan en la misma región del espacio, la
onda resultante es la suma de ambas, de acuerdo al principio de superposición. Esto es, el
campo eléctrico total es la suma de los campos eléctricos locales en cada punto de la
región de superposición. Si las ondas que se superponen tienen la misma frecuencia, pero
viajan en direcciones opuestas, se genera una onda estacionaria, esto es, un patrón
oscilatorio cuya envolvente tiene una forma fija. De esta manera, se pueden observar nodos
en regiones donde las ondas se cancelan mutuamente, y anti-nodos, en las regiones donde
los campos se suman constructivamente. La distancia entre nodos en un patrón de ondas
estacionario esta relacionado de manera directa con la magnitud de la longitud de onda. En
esta práctica se les pedirá que calculen esta relación entre longitud de onda y posición de
nodos en el patrón de ondas estacionarias, y que después midan la separación entre nodos.
De sesta información deberán inferir la longitud de onda y la frecuencia de la onda
generada. Algo notable de esta sencilla práctica es que, con un método muy sencillo y
directo, y con un poco de trigonometría se pueden medir frecuencias del orden de
GigaHertz.
Discusión previa a la clase ( o de por que las microondas son personajes de respeto).
1.- Aparte de la aplicación obvia de las microondas en la cocina y en las
telecomunicaciones ( celulares), discutir por que las microondas se pueden usar en:
1.- La estimación de la edad y forma del universo.
2.- observaciones a través de atmósferas densas en nuestro planeta o en otros
3.- En física médica, en particular en imágenes de diagnostico (resonancia magnética
nuclear).
4.- Internet ( Wireless Lan y “Bluetooth)
Objetivos.
1.- Familiarizarse con un equipo generador de microondas para su uso en experimentos de
ondas electromagnéticas. .
2.- Emplear un sistema de microondas para determinar un patrón estacionario de ondas.
3.- Determinar la frecuencia de la fuente de microondas en términos del patrón observado.
Conceptos a revisar.
1.- Principio de superposición de ondas electromagnéticas.
2.- Relación entre la longitud de onda y las distancias entre nodos en un patrón estacionario
de ondas.
Material.
1.- Transmisor de microondas.
2.- Detector de microondas.
3.- Soportes
4.- Goniómetro.
5.- Reflector metálico.
Instrucciones generales
En este experimento, se reflejara la onda producida por un generador de microondas, hacia
si mismo, utilizando una superficie metálica reflectora. Esto creara un patrón de ondas
estacionarias, con nodos y anti-nodos, que les servirían para determinar la longitud de onda
de la luz producida por la fuente.
1.- Ubicar el generador, y el detector uno frente al otro como se muestra en la figura 1.
Figura 1.- Arreglo experimental que usaran en esta practica. El goniómetro es el sistema de
brazos con escala, que pueden ser girados. El receptor se orienta “de espaldas” de tal
manera que solo el detector mida las ondas producidas en el patrón de ondas estacionarias.
2.- Ajustar la escala de el receptor de tal manera que se tenga la lectura mas intensa (es
decir, ajusten la escala al nivel mas sensible que se pueda).
3.- Deslizar el detector a lo largo del brazo del goniómetro, hasta encontrar un mínimo,
anotar el valor de la posición de este mínimo y moverse al siguiente mínimo. Repetir la
búsqueda de mínimos y el registro de su posición al menos 10 veces. Ajusten la escala del
receptor cuando sea necesario, en caso de que la medida decrezca debajo de la escala al
alejar el detector de la fuente.
4.- Como medida complementaria, empiecen nuevamente en la posición de un nodo
(mínimo) y deslicen la prueba (observando el medidor) hasta contar exactamente 10 nodos
(sin contar el primero). Medir el intervalo en distancia, y dividirlo por 10 para obtener una
medida independiente de la separación entre mínimos.
Problema 1 ( a realizar en clase). Expresando la parte eléctrica de la onda emitida por el
analizador como Esen(wt-kx), la magnética como Bsen(wt-kx), y las reflejadas como
Bsen(wt+kx), -Esen(wt+kx) calcular por principio de superposición el campo estacionario
resultante tanto para E como para B.
Problema 2. ( a realizar en clase). Utiliaznado la expresión de campo estacionario obtenida
para el campo eléctrico E, y recordando que el numero de onda “k” usado en el problema 1
es igual a 2/, donde  es la longitud de onda de la luz, y en base a la expresión calculada
en el problema 1, obtener la relación entre la separación entre los nodos con la longitud de
onda de la fuente de microondas?
Pregunta 2. ¿Que pasaría si en vez de considerar el campo eléctrico E, consideraran el
campo magnético B? ¿Coincidiría la posición de los nodos y anti-nodos del campo
magnético con aquellos del eléctrico? En particular, ¿ la magnitud del campo magnético
igual a zero sobre el conductor?
Pregunta 3.- En base a la pregunta 1, y de las medidas obtenidas, extraer la longitud de
onda y la frecuencia de las ondas producidas por el generador. Utilizar el valor de la
velocidad de la luz en el vacío 299 792 458 m/s.
Reportar el valor de frecuencia medido en su práctica, más la estimación del error
experimental asociado.