Física

Visualizador de la reflexión de ondas en curvas cónicas (español / valencià / english).

• Isabel Salinas Marín

• Marcos H. Giménez Valentín

• Juan Antonio Monsoriu Serra

• Vanesa Paula Cuenca Gotor

Introducción

Este laboratorio está en formato trilingüe, permitiendo seleccionar español, valenciano o inglés.
El laboratorio facilita la visualización y comprensión del comportamiento de ondas reflejadas en una curva cónica. El usuario puede seleccionar el tipo de curva (elipse, parábola o hipérbola) y sus parámetros característicos (la posición de los focos, por ejemplo). Una animación muestra los rayos y/o frentes de onda que parten de un foco de la curva cónica, cómo inciden en esta, y cómo tras reflejarse convergen en el otro foco (en el caso de elipses y parábolas) o divergen de él (en el caso de hipérbolas). El usuario puede modificar los parámetros arrastrando con el ratón los elementos interactivos del laboratorio, y observar así en tiempo real cómo estos cambios modifican el comportamiento de la onda.
El estudio de la reflexión de ondas en curvas cónicas es de gran relevancia, ya que este fenómeno tiene importantes aplicaciones tales como las antenas parabólicas en telecomunicaciones o radiotelescopios, y la litotricia extracorpórea por ondas de choque en medicina.
El presente laboratorio ha sido realizado mediante la herramienta de desarrollo Easy Java Simulations (http://fem.um.es/Ejs/).

Objetivos

- Visualizar la propiedad de las curvas cónicas de que, en cualquiera de sus puntos, la bisectriz de los segmentos que lo unen a los focos es perpendicular a dicha curva.
- Visualizar que, como consecuencia de la propiedad anterior, los rayos y frentes de una onda emitida desde un foco convergen en el otro (en el caso de elipses y parábolas) o divergen de él (en el caso de hipérbolas).
- Visualizar cómo funciona una parábola, tanto en el papel de antena emisora como en el de receptora. Observar que opera como una elipse con un foco en el punto del infinito señalado por la directriz.
- Observar cómo afecta la elección de los parámetros de una curva cónica en el comportamiento de la onda reflejada.
- Comprender el modo en que la reflexión de ondas en curvas cónicas es la base de importantes aplicaciones tales como las antenas parabólicas en telecomunicaciones o radiotelescopios, y la litotricia extracorpórea por ondas de choque en medicina.

Instrucciones

1. La interfaz y toda la información se muestran en el idioma elegido en el panel “Idioma / Language”: español, valenciano o inglés.
2. Situando el puntero del ratón sobre la mayor parte de los elementos de la interfaz, aparece un globo con su descripción.
3. La lista desplegable “Forma” permite seleccionar el tipo de curva cónica: elipse, hipérbola, parábola emisora o parábola receptora.
4. El visor principal muestra la curva seleccionada, así como sus focos (foco único en el caso de las parábolas) representados por círculos. El foco de color rojo intenso es un elemento interactivo, que puede ser arrastrado con el ratón para cambiar su posición. El otro foco se desplaza automáticamente al interactuar con el primero.
5. En el caso de elipses e hipérbolas, el escenario muestra un cuadrado interactivo de color rojo intenso, indicando la posición del vértice de la curva. El usuario puede modificar su posición arrastrándolo con el ratón.
6. El panel “Forma y parámetros” incluye los valores de los parámetros característicos de la curva cónica. El usuario puede modificar dichos valores arrastrando los elementos interactivos mencionados en los dos puntos anteriores. Los botones con iconos de ojo abierto / cerrado permiten elegir si en el visor principal se incluye una representación gráfica del significado geométrico de los parámetros.
7. El panel “Visualización” permite seleccionar los elementos que se mostrarán en el visor principal cuando se esté ejecutando la animación. Así, se puede optar por mostrar rayos, frentes de onda, o ambos, y modificar su número mediante deslizaderas. También se puede elegir si se muestran o no las normales a la curva en los puntos de impacto de los rayos, y el sistema de coordenadas.
8. El panel “Consola” controla la animación que muestra los rayos y frentes partiendo de un foco de la correspondiente curva cónica, y cómo se reflejan en dicha curva. Los botones incluidos permiten detener dicha animación, pausarla, ponerla en marcha, y retroceder y avanzar de fotograma en fotograma.

Laboratorio