Movimiento ondulatorio -- Ondas en agua con recipiente y generador de ondas

1. Identificación del problema

En las clases de física aprendemos el tema de las ondas, pero muchas veces queda en lo teórico y no llegamos a visualizar cómo funcionan en la realidad. Sabemos que las ondas transmiten energía, pero no siempre entendemos cómo cambian al variar la frecuencia o la amplitud. Un ejemplo cotidiano es cuando tiramos una piedra en el agua y se forman círculos que se expanden, pero en clase no tenemos siempre la oportunidad de analizar eso de manera controlada.

El problema identificado es: cómo observar y medir de forma práctica las características de las ondas usando materiales simples que cualquier estudiante pueda conseguir.

2. Exploración

Para resolver ese problema, primero investigamos sobre qué experimentos se pueden hacer en casa o en el colegio sin necesidad de aparatos costosos. Descubrimos que con agua, un recipiente transparente y un objeto que genere ondas ya se pueden analizar varias propiedades.

Revisamos los conceptos principales: la amplitud es la altura de la onda, la frecuencia es cuántas ondas pasan por segundo, la longitud de onda es la distancia entre dos crestas y la velocidad de propagación se puede calcular con la fórmula . También miramos experimentos similares en internet y notamos que muchos usaban varillas, reglas y cronómetros. Eso me dio la idea de adaptar algo parecido.

3. Diseño

Pensamos en un diseño que fuera sencillo y al mismo tiempo permitiera obtener datos claros. Escogimos un recipiente rectangular de vidrio o plástico transparente porque así se ven mejor las ondas desde los lados. Como generador de ondas, seleccionamos una varilla delgada de madera, la cual se mueve de arriba hacia abajo en el agua para crear las perturbaciones.

Para sostener la varilla y que no se moviera demasiado, se planeó usar un soporte con pinza o, en su defecto, una botella con arena y cinta adhesiva. También decidimos colocar una regla al lado del recipiente y hacer marcas con cinta en los bordes para medir la distancia entre las crestas. El cronómetro del celular serviría para medir el tiempo.

En conclusión, el diseño combina materiales muy fáciles de conseguir con un montaje organizado que permite estudiar con detalle las ondas.

4. Planificación

1. Conseguir todos los materiales y preparar un espacio tranquilo sin corrientes de aire.

2. Llenar el recipiente con agua hasta dos tercios de su capacidad.

3. Sujetar la varilla al soporte y asegurar que pueda moverse arriba y abajo.

4. Colocar la regla y marcar distancias en los bordes para ayudar en las mediciones

5. Hacer varias pruebas:

Primero variando la frecuencia de los golpes (lento, medio, rápido).

Después manteniendo la frecuencia fija pero cambiando la fuerza del golpe (suave, normal, fuerte).

6. Repetir cada medición tres veces para reducir errores.

7. Registrar los datos en tablas.

Con esta planificación me aseguré de no improvisar y de tener todo listo para el momento de la práctica.

5. Construcción

Ya con los materiales a mano, armamos el montaje: el recipiente con agua, la varilla en el soporte y la regla a un lado. Empezamos a golpear el agua con la varilla de manera rítmica, primero cada segundo, luego más rápido. Fuimos observando cómo las crestas se acercaban más entre sí cuando aumentaba la frecuencia.

Con la regla medimos la distancia entre crestas para calcular la longitud de onda, y con el cronómetro medimos el tiempo que tardaba una onda en recorrer cierta distancia. Además, observamos la altura de las olas para estimar la amplitud. Aunque no siempre era fácil medir con precisión, logramos obtener datos suficientes para comparar.

6. Evaluación

Al analizar los datos, pudimos comprobar varias cosas. Primero, que la fórmula  se cumple de manera aproximada, porque los valores calculados y los medidos fueron muy parecidos. Segundo, que cuando aumentaba la frecuencia, las ondas se volvían más cortas, es decir, la longitud de onda disminuía. Y tercero, que al golpear con más fuerza, la amplitud aumentaba, pero la velocidad de propagación no cambiaba mucho.

Reconocemos que hubo algunos errores de medición, especialmente en la amplitud porque el agua se movía rápido y era difícil medir la altura exacta, pero en general los resultados mostraron lo que esperabamos.