Ondas
Docente: Nidia Magnolia Diaz Martínez
Estándar: Describe una onda en términos de magnitudes físicas
como frecuencia, longitud de onda, periodo, amplitud y velocidad
“El sonido
que emite un violín, el movimiento del agua en el mar, la luz del sol y hasta
un terremoto, son situaciones diferentes pero que tienen algo en común: son
fenómenos en los que se propaga energía de un lugar a otro sin que haya
interferencia de materia, y los denominamos fenómenos ondulatorios. Cuando la
energía se transmite a través de algún medio material, como una cuerda, el agua
a la tierra, hablamos de ondas mecánicas; existen otras ondas que no necesitan
de un medio material para su propagación, conocidas como ondas
electromagnéticas; la luz y las ondas de radio son ejemplos de este tipo de
onda”
Conceptos generales
Ondas
https://www.youtube.com/watch?v=NGrkU-6aVwI
Los objetos vibrantes tienen la capacidad de generar
ondas. Se define como movimientos vibratorios transmitidos gradualmente y
sucesivamente a diversos puntos del cuerpo unidos entre sí por las fuerzas
moleculares de atracción.
Cuando
una vibración o perturbación originada en una fuente o foco se propaga a través
del espacio se produce una onda.
Conviene
destacar que en los fenómenos ondulatorios, se transmite la vibración o
perturbación y la energía que lleva asociada, pero no hay transporte de
materia. Esto quiere decir que una onda transporta energía a través del espacio
sin que se desplace la materia. Ejemplos de ondas son: las olas del mar, el
sonido, la luz, las ondas sísmicas, la vibración de una cuerda, etc.
Tipos de
ondas
Las ondas
se pueden clasificar de diferentes formas. A continuación veremos algunas de
ellas:
A) Según la dirección de
vibración de las partículas y de propagación de la onda.
Transversales. Son aquellas en las que las
partículas vibran perpendicularmente a la dirección en la que se propaga la
onda. Ej. La luz, onda de una cuerda.
B) Según la dimensión de
propagación de la onda.
Unidimensionales. Las que se propagan a lo largo de en una sola
dimensión(dirección en el espacio); si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de ondas son planos y paralelos. Ej. Ondas en los muelles, Vibración de una cuerda, el resorte.
Bidimensionales. Las que se propagan en dos
dimensiones(dos direcciones). Pueden propagarse, en cualquier de las direcciones de una superficie, por ello también se denominan ondas superficiales. Onda en la superficie del agua cuando se deja caer una piedra sobre ella.
Tridimensionales. Las que se propagan en tres
dimensiones (tres direcciones), se conocen también como ondas esféricas. por que sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. Ejemplos de ondas son: olas del mar, sonido(mecánicas), luz,
ondas sísmicas, vibración de una cuerda, etc.
C) Según el medio que necesitan para propagarse.
Electromagnéticas. No necesitan medio para
propagarse, se pueden propagar en el vacío. Ej. La luz, calor radiante, las
ondas de radio, las microondas etc.
Elementos de una onda
1. Nodo(N):
son aquellos puntos que oscilan con amplitud mínima.
2. Antinodo
(a): son aquellos puntos que oscilan con amplitud máxima.
3. Valle:
Es la parte inferior de una onda.
5.
Longitud de onda (λ) es la distancia recorrida por la onda en un periodo de
tiempo
Características
de las ondas
Magnitudes
y unidades S.I. que definen una onda son:
Elongación (y) : Distancia de cada
partícula vibrante a su posición de equilibrio. Unidad S.I.: m.
Amplitud (A): Distancia máxima de una
partícula a su posición de equilibrio o elongación máxima. Unidad S.I.: m.
Ciclo u oscilación completa: Recorrido que realiza cada
partícula desde que inicia una vibración hasta que vuelve a la posición
inicial. Unidad S.I.: m.
Longitud de onda (λ): Distancia mínima entre dos
partículas que vibran en fase, es decir, que tienen la misma elongación en todo
momento. Unidad S.I.: m.
λ = V.T
Número de onda (N): Número de longitudes de
onda que hay en la unidad de longitud. λ= 1/n. Unidad S.I.: 1/m ó mI1.
Velocidad de propagación (v): Velocidad con la que se propaga
la onda. Espacio recorrido por la onda en la unidad de tiempo. Unidad S.I.:
m/s.
V = N.λ
Periodo (T):
1) Tiempo
en el que una partícula realiza una vibración completa.
2) Tiempo
que tarda una onda en recorrer el espacio que hay entre dos partículas que
vibran en fase. Unidad S.I.: s.
T= 1/f
Frecuencia (f):
1) Nº
oscilaciones de las partículas vibrantes por segundo.
2) Nº
oscilaciones que se producen en el tiempo en el que la onda avanza una
distancia igual a λ. Unidad S.I.: (Hz=ciclos /s).
f = 1/T
La
relación entre v, λ, f y T es: λ = v — T = v/f. Sabemos que en un movimiento a
velocidad constante se cumple que el espacio es igual a la velocidad por el
tiempo.
S = V.t
Si
consideramos que espacio recorrido es la longitud de onda, por definición, el
tiempo necesario para hacerlo será el periodo. Por lo tanto, sustituyendo en la
expresión anterior tenemos:
λ = v * T= V/f
Fenómenos ondulatorios
Reflexión de las ondas
Se
denomina reflexión de una onda al cambio de dirección que experimenta ésta
cuando choca contra una superficie lisa y pulimentada sin cambiar de medio de
propagación. Si la reflexión se produce sobre una superficie rugosa, la onda se
refleja en todas direcciones y se llama difusión.
En la
reflexión hay tres elementos: rayo incidente, línea normal o perpendicular a la
superficie y rayo reflejado. Se llama ángulo de incidencia al que forma la
normal con el rayo incidente y ángulo de reflexión al formado por la normal y
el rayo reflejado.
Las leyes
de la reflexión dicen que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de
reflexión y que el rayo incidente, reflejado y la normal están en el mismo
plano.
Ejemplos
típicos de reflexión se producen en espejo s, en superficies pulidas, en
superficies de líquidos y cristales, etc.
Refracción de las ondas
Se
denomina refracción de una onda al cambio de dirección y de velocidad que
experimenta ésta cuando pasa de un medio a otro medio en el que puede
propagarse. Cada medio se caracteriza por su índice de refracción.
En la
refracción hay tres elementos: rayo incidente línea normal o perpendicular a la
superficie y rayo refractado. Se llama ángulo de incidencia al que forma la
normal con el rayo incidente y ángulo de refracción al formado por la normal y
el rayo refractado.
Cuando la
onda pasa de un medio a otro en el que la onda viaja más rápido, el rayo
refractado se acerca a la normal, mientras que si pasa de un medio a otro en el
que la onda viaja a menos velocidad el rayo se aleja de la normal.
Difracción de las ondas
Se
denomina difracción de una onda a la propiedad que tienen las ondas de rodear
los obstáculos en determinadas condiciones. Cuando una onda llega a un
obstáculo (abertura o punto material) de dimensiones similares a su longitud de
onda, ésta se convierte en un nuevo foco emisor de la onda.
Esto
quiere decir, que cuando una onda llega a un obstáculo de dimensión similar a
la longitud de onda, dicho obstáculo se convierte en un nuevo foco emisor de la
onda. Cuanto más parecida es la longitud de onda al obstáculo mayor es el
fenómeno de difracción.
Cuando la
abertura u obstáculo y la longitud de onda son de tamaño muy diferente, el
fenómeno de difracción se hace imperceptible.
Interferencias de las ondas
Se
denomina interferencia a la superposición o suma de dos o más ondas.
Dependiendo fundamentalmente de las longitudes de onda, amplitudes y de la
distancia relativa entre las mismas se distinguen dos tipos de interferencias:
Constructiva:
se produce cuando las ondas chocan o se superponen en fases, obteniendo una
onda resultante de mayor amplitud que las ondas iniciales.
Destructiva:
es la superposición de ondas en anti fase, obteniendo una onda resultante de
menor amplitud que las ondas iniciales. Normalmente, las interferencias
destructivas generan ruidos desagradables y normalmente deben ser eliminadas,
mientras que las constructivas suelen obtenerse voluntariamente.
La palabra polarizada
proviene de polos, y alude a que los polos (norte-sur;
positivo-negativo; blanco-negro.
En la onda, el campo
eléctrico no tiene por qué estar siempre vibrando en un plano. Ese plano puedo
ir rotando (imagina una cuerda que hacen vibrar dos personas, pero una de ellas
en lugar de mover la mano siempre arriba y abajo lo hace en un ángulo variable)
o estar fijo, o ser aleatorio, como ocurre en la mayoría de las ondas a nuestro
alrededor.
Tipos de polarización
Polarización
lineal
Polarización circular
Polarización elíptica
Principio de Huygens
Cada
punto de un frente de onda se puede considerar como una nueva fuente generadora
de ondas en la dirección de propagación.
El
principio de Huygens es un método de análisis aplicado a los problemas de
propagación de onda. Puede enunciarse así:
Todo punto de un frente de onda inicial puede
considerarse como una fuente de ondas esféricas secundarias que se extienden en
todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y longitud de onda que
el frente de onda del que proceden.
Esta visión de la propagación de las ondas ayuda a
entender mejor los fenómenos de difracción, reflexión y la refracción de las
ondas.
Por ejemplo, si dos cuartos están conectados por
una por una puerta abierta y se produce un sonido en una esquina lejana de
ellos, una persona en el otro cuarto oirá el sonido como si se originara en el
umbral. Por lo que se refiere al segundo cuarto, el aire que vibra en el umbral
es la fuente de sonido.
Lo mismo ocurre para la luz al pasar el borde de un
obstáculo, pero no es fácilmente observable debido a la corta longitud de onda
de la luz visible. La interferencia de la luz de áreas con distintas variables
del frente de onda móvil explica los máximos y los mínimos observables como
franjas de difracción.
Taller de ondas
1. una
cuera vibra con frecuencia de a 75 Hz originando una onda que se propaga a 150 m/s. hallar el periodo
(T) y la longitud de onda (λ).
2. una
cuerda tiene una longitud de 8 metros y
una masa total de 100 gramos, si su extremo de la cuerda vibra con una
frecuencia de 15 Hz. Calcular la velocidad (V) y la longitud de onda (λ).
3. El
periodo de una onda es 1,2 s y su longitud de onda (λ) 2 m. ¿Cuál es la velocidad de propagación de la onda?
4. La
longitud de onda de un movimiento ondulatorio es de 50 cm y una frecuencia de 10 Hz. ¿Cuál es la
velocidad del movimiento?
5. Calcular
la longitud de onda del sonido producido por una guitarra cuya frecuencia es de
440 Hz, siendo la velocidad del sonido en el aire de 340 m/s.
6. La
velocidad de propagación de un movimiento ondulatorio es de 2.10³ cm /s. si la
frecuencia del movimiento es de 4 Hz, ¿Cuál es el valor de su periodo y de su
longitud de onda?
7. Hallar
el valor de la frecuencia de la estación transmisora del “Vikingo I y II”, al
enviar desde Marte hacia la tierra ondas de radio cuya longitud de onda es de
20 cm (velocidad de la luz en el vacío es de 300.000 km/s)
8. Un
diapasón vibra 256 veces por segundo produciendo una onda de 130 cm de
longitud. ¿Cuál es la velocidad de la onda?
9. Se
escucha en una estación de radio: H.J.D.X en 1.070 kilo Hertz (ondas largas) L.R.X.Q en 6.120
kilo Hertz (ondas cortas). ¿Cuál es el valor de las longitudes de onda de dicha
emisora? (velocidad de la luz es de 300.000 km/s).
10. Un
rayo de luz penetra en el agua formando un ángulo de incidencia de 34°. Si el
índice de refracción relativa del agua es de 1,33 ¿Cuál es el valor del ángulo
de refracción?
11. Un
rayo de luz penetra en un medio cuyo índice de refracción relativo es de 1,73. Calcular
el valor del ángulo de incidencia si el valor del ángulo de refracción es de
30°.
12. El
ángulo de incidencia de un rayo de luz que pasa por el agua al aire es de 30°.
¿Cuál es el valor del ángulo de refracción si el índice de refracción
relativo n = ¾?
13. Una
onda incide sobre la superficie de
separación de dos medios con un ángulo de incidencia de 20°. El índice
de refracción del medio 2 al 1 es de 0,5 y la velocidad de la onda en el medio
1 es de 800 m/s. ¿Cuál es el valor del ángulo de reflexión? ¿Qué velocidad
tiene la onda refractada? ¿Cuál es el valor del ángulo de refracción?
Vimeo.com Videos, Videos & Movies - Vimeo
ResponderEliminarVimeo.com videos and videos about vimeo, Vimeo videos, Vimeo videos, Vimeo videos and movies. Video Production. youtube mp3 3rd party.