AP Física 1 - Movimiento Armónico

Question

Pregunta

Un largo muelle recorre el suelo. Se envía un pulso a lo largo del muelle. Al cabo de unos segundos, vuelve un pulso invertido. ¿El muelle está sujeto a la pared o está suelto en el suelo? ¿Por qué?

Respuesta: Pegado a una pared. Cuando una onda choca con un punto final fijo (por ejemplo, pegada a la pared), la onda tira de la pared cuando llega al punto final, pero al mismo tiempo, la pared tira de la onda en la dirección opuesta con igual fuerza. Esto produce una onda que viaja en la dirección opuesta pero invertida. Conozco la respuesta, pero necesito una explicación en términos sencillos.

Answer 1

Puede ser útil pensar en el pulso como un empuje. Así, el pulso recorre todo el muelle y luego intenta empujar la pared. Pero la pared está inmóvil. Por lo tanto, simplemente empuja hacia atrás con una fuerza igual (tercera ley de Newton), generando así el mismo impulso pero en la dirección opuesta.

Answer 2

Puedes imaginar una situación analógica. Tu muelle es el doble de largo que en el caso de la pared. Lo que podrías hacer para asegurarte de que el muelle no se mueve en el centro (donde estaba la pared) es pedirle a un amigo que envíe un pulso desde el otro extremo del muelle en el mismo momento que tú. Si su pulso tiene la misma forma que el tuyo pero en sentido contrario (transversal), el interferirá destructivamente precisamente en el centro del muelle.

Si tu amigo se mueve ahora hacia la mitad del muelle podrías repetir el experimento pero esta vez tendría que enviar su pulso más tarde ya que está más cerca de la mitad del muelle (para cancelar el movimiento del muelle en el centro). ¿Qué pasa si se mueve hacia la mitad del muelle? Bueno, tendría que enviar su pulso exactamente cuando reciba el tuyo y puedes convencerte de que aunque recibas su pulso, su mano no se movería mientras cancela tu pulso. La situación es ahora similar a la de la pared (tu amigo es ahora la pared).