| FIRA DE LA CIÈNCIA de Mallorca
2006 |
|
|
 |
 |
| participants |
Estand |
|
FIRA DE LA CIÈNCIA de Menorca 2007
|
|
|
|
|
|
|
|
LES
ONES
Les ones són fenòmens no massa coneguts però
molts importants i freqüents a la naturalesa. Trobam ones a les cordes, a
les molles, a l’aire, a l’interior de la Terra, a la llum, a la mar,
... , en definitiva per tot.
Les ones són vibracions
que es propaguen.
Les ones de so, per exemple, es propaguen a 340
m/s.
Les ones de llum, es propaguen al buit (i a
l’aire) a 300000 km/s.
A
les fires hem mostrat diferents ones.
Ones
a les cordes.
Ones
a les molles.
Ones
a l'aire (So).
Ones
de torsió.
Ressonància amb pèndols
Ressonància amb molles.
|
|
LES
ONES A LA MAR
A l’aigua es poden trobar dos tipus d’ones
en les quals predominen causas de propagació diferents.
Unes ones petites que
es propaguen sobre tot per l’elasticitat
de la membrana superficial de l’aigua (tensió superficial). Són
les que es solen fer en cubetes d’ones per demostracions didàctiques.
|
|
|
I unes ones més grans que es propaguen a causa de la gravetat (el pes de
l’aigua). En aquestes ones l'efecte de la tensió superficial es pot
menysprear. Són les que habitualment trobarem a la mar i per tant les que
més ens poden interessar. Aquestes ones poden ser originades per causes
diverses: el vent, pas d’un vaixell, variacions de pressió atmosfèrica,
atracció gravitatòria de la Lluna i del Sol, moviments sísmics, etc.
Quan alguna causa provoca variació en el nivell de la mar la gravetat fa
que es propagui una ona (gravitatòria) a la mar.
|
 |
|
|
|
|
|
Per experimentar amb aquestes ones el professor
Damià Camps Sampol de Palós, cap del departament de Tecnologia. va
construir un canal d’aigua de 2 m de llarg i 15 cm d’ample amb dues
pales accionades per motor de corrent continua regulable que pot fer oscil·lacions
de període entre 6 s (les més lentes) i 0,333 s (les més
ràpides)
.
En les ones l’aigua no avança sinó que fa oscil·lacions
circulars. El moviment de les partícules minva amb la profunditat. Pràcticament
arriben fins a una profunditat igual a la meitat de la longitud de l’ona.
Si l’ona arriba fins al fons la velocitat depèn de la profunditat
|
 |
| En aquest canal podem veure com es propaguen les
ones d’agua (amb 20 cm de profunditat) amb una velocitat d’1,40 m/s,
independentment de la llargària de les ones (longitud d’ona) i de
l’altura d’ona (amplitud).
Hem pogut observar com les ones
rompen quan arriben
a una superfície inclinada (platja) i com en aquest cas si que la materia
present a la superfície és arrosegada fins a la platja.
|
 |
 |
També hem pogut veure que quan no hi ha platja sino
una paret vertical les ones es reflexen, i si fan interferència amb
altres ones que arriben, donen lloc a ones estacionàries. Aquestes
ones pareixen estar aturades i observam punts que no vibren (nodes) i
punts de vibració màxima (ventres). A la paret on es reflexen les ones
apareix un ventre amb oscil·lacions màximes. També hem pogut veure que
les ones de la mar són ones combinades (transversals i longitudinals
simultàniament). Als nodes no hi ha vibració transversal però si hi ha
vibració longitudinal.
|
| Un altre fenomen que podem experimentar són les interferències
destructives.
Si provocam ones en fases contràries veim que quan
aquestes es juntes queden anul·lades.
|
 |
|
I, per acabar, la rissaga.
Hem posat al final del canal un “port” de poca
profunditat (5 cm), de 32 cm de llarg i 4 cm d’ample. En aquest port la
profunditat de la mar es fa 4 vegades menor, açò fa que les ones que hi
entren vagin a una velocitat meitat (0,7 m/s) i també es fa meitat la
longitud d’ona.
Hem pogut comprovar que, quan hi arriben ones
llargues (de uns 86 cm) i de petita altura, les ones que entren a
l’interior del port es fan més curtes (d’uns 43 cm), per el canvi de
velocitat, però de major
altura. Si el port té la llargària adequada (32 cm) es pot produir
ressonància.
|
|
Hem comprovat que modificant la longitud del port es
pot aturar la rissaga amb aquestes ones, però qualsevol port pot tenir
ressonància; només es necessita que arribin les ones adequades.
Segons la teoria que hem pogut comprovar les ones
estacionàries que es reforcen dins tenen
un ventre al fons del port i un node (molt petita oscil·lació) a la
sortida. Per açò la llargària del port ha de coincidir amb un quart
d’ona (ona fonamental) o tres quarts (primer armònic), hem observat
aquestes dues ones. Hi ha rissaga amb una longitud de 11 cm equivalent a
un quart d’ona i també amb 32 cm equivalent a tres quarts d’ona.
|
 |
 |
Quan la llargària del port es fa igual a mitja
longitud d’ona (20 ó 22 cm per exemple) la rissaga s’atura.
El fenomen observat és ràpid ja que és produeix
amb una freqüència de quasi 2 oscil·lacions per segon (1,61 hertz) i un
període de quasi mig segon (0,61s).
Veim per tant que el fenomen de la rissaga depèn
principalment de la profunditat del port que afecta a la velocitat de l’ona
que entra, i de la llargària del port que fa possible o no les ones
estacionàries dins el port. En canvi l’amplada del port sembla només
influir en la intensitat de l'amplificació.
El fenomen real és més complicat ja que hi ha
variacions graduals de profunditat que poden fer que es produeixi una ona
que romp. En el cas del port de Ciutadella es considera una profunditat
mitjana de 5 m i una llargària de 1200 m. Amb aquestes dades es calcula la
rissaga en més de 10 minuts d’oscil·lació i l'ona dins el port faria
4800 m. (quatre vegades la llargària del port). Si fora del port es
considera una profunditat de 20 m la ona seria doble de llarga (9,6 km) i
a majors profunditat encara més.
|
)
)
