‘’El mágico mundo de las ondas, la luz, el sonido y sus componentes’’
UNIDAD EDUCATIVA ‘’Alberto Enríquez’’
Trabajo de física. Nombre: CARLA MEJIA Docente: Aníbal Cadena.
¿Qué es el sonido? El sonido es la percepción de nuestro cerebro de las vibraciones mecánicas que producen los cuerpos y que llegan a nuestro oído a través de un medio. Para el estudio del sonido debemos tomar en cuenta que para que las vibraciones se propaguen necesitan de un elemento fundamental denominado ‘’ONDA’’, pero:
1._ ONDAS ¿Qué es una onda? Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. Cuando una vibración o perturbación originada en una fuente o foco se propaga a través del espacio se produce una onda. En particular nos centraremos en las ondas armónicas ideales, que son aquellas en las que la vibración que se transmite es armónica simple en todos sus puntos. Este tipo de perturbación la produce un foco emisor o fuente de forma continua y se transmite a través de un espacio o medio capaz de transmitirla. 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, una onda es una vibración que se propaga ,
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¿Qué es una vibración? Se denomina vibración a la propagación de ondas elásticas produciendo deformaciones y tensiones sobre un medio continuo (o posición de equilibrio). El sonido no es más que vibraciones, el sonido lo producen las vibraciones de los cuerpos (ya sea sólido, líquido o gaseoso). Veras el sonido son ondas mecánicas (necesitan de algún medio para propagarse a diferencia de las ondas electromagnéticas), y cada vez que escuchas algún sonido (música o ruido) es porque están uno o varios cuerpos materiales vibrando, cuando hablas, lo haces por medio de vibraciones en tus cuerdas bucales, en fin cuando golpeas una pared (vibra la pared), cuando haces vibrar las cuerdas de una guitarra, en fin todo esto son fuentes de sonido, las cuales al hacerlas vibrar producen un tipo de ondas son mecánicas, ya que necesitan de algún medio para propagarse), estas ondas, ejercen presión en el aire haciendo vibrar al aire, hasta que esas vibraciones (producto de las ondas sonoras), llega hasta nuestro oído que actúa como receptor el cual también vibra y lo interpreta como sonido.
Tipos de onda
Según la dirección de vibración de las partículas y de propagación de la onda.
Longitudinales. Son aquellas en que las partículas vibran en la misma dirección en la que se propaga la onda. Ej. El sonido, ondas sísmicas. 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.
Según la dimensión de propagación de la onda.
Unidimensionales. Las que se propagan en una sola
Bidimensionales. Las que se propagan en dos dimensiones. Ej. Onda en la superfi cie del agua.
dimensión. Ej. Vibración de una cuerd
Tridi mensionales. Las que se
propagan en tres dimensi ones. Ej. Luz, sonido.
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Según el medio que necesitan para propagarse.Electromagnéticas. No necesitan medio para propagarse, se pueden propagar en el vacío. Ej. La luz, calor radiante.
Características de las ondas Las ondas poseen varias características o componentes; entre ellos tenemos: * Elongación (y): Distancia de cada partícula vibrante a su posición de equilibrio (m). * Amplitud (A): Distancia máxima de una partícula a su posición de equilibrio o elongación máxima (m). * Ciclo u oscilación: Recorrido de cada partícula desde que inicia una vibración hasta que vuelve a la posición inicial (m). * Longitud de onda (l): Distancia mínima entre dos partículas que vibran en fase, es decir, que tienen la misma elongación en todo momento (m). * Número de onda (n): Número de longitudes de onda que hay en la unidad de longitud (1/m). l= 1/n. * Velocidad de propagación (v): Velocidad con la que se propaga la onda. Espacio recorrido por la onda en la unidad de tiempo (m/s). * 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 (s). T=1/f. * Frecuencia (f): La frecuencia es el número de oscilaciones que se propagan por segundo consecutivo, es decir el número de perturbaciones producidas por segundo, y se mide en hertz.
2._FENÓMENOS ONDULATORIOS Reflexión de las ondas Depende de tres componentes específicas que comprenden: el ángulo de incidencia, el ángalo de reflexión y la normal. En el caso de que una onda se encuentre reflejada directamente en relación con una normal contante se sabe que el ángulo de reflexión será totalmente idéntico al ángulo de incidencia, esto es lo que sostiene una de las leyes de la reflexión. El rayo marcha perpendicular al frente de las ondas Cuando un rayo incide sobre una superficie plana, pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión" :
UNIDAD EDUCATIVA ‘’Alberto Enríquez’’ 1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la normal, que se llama ángulo reflejado. 2.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en un mismo plano.
El rayo incidente define con la normal en el punto de contacto, un plano. El rayo reflejado estará en ese plano y no se irá ni hacia delante ni hacia atrás. Imagina que el plano amarillo de la figura contiene a la normal y al rayo incidente: el rayo reflejado también estará en él.
¿Qué es la refracción ? DEFINICIÓN Es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio. ÁNGULO DE INCIDENCIA Y ÁNGULO DE REFRACCIÓN Se llama ángulo de incidencia -i- el formado por el rayo incidente y la normal. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo. El ángulo de refracción -r'- es el formado por el rayo refractado y la normal. ÍNDICE DE REFRACCIÓN Se llama índice de refracción absoluto "n" de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío ,"c", y la velocidad que tiene la luz en ese medio, "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad, es una constante característica de cada medio: n = c/v. Se puede establecer una relación entre los índices de los dos medios n2 y n1. En el applet de esta práctica se manejan estas relaciones:
Substancias
Aire
Índices de refracción
1.00029
material
aire
Agua Plexiglás Diamante 1.333
vapor de agua
1.51
2.417
agua dulce
agua de mar
aluminio
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Velocidad del sonido (m/s)
331
401
1493
1513
5104
REFRACCIÓN: LEYES La onda al refractarse cambia su longitud de onda: e = v·t que equivale a = v ·T = v / Un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes: 1.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano. 2.- Se cumple la ley de Snell:
y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta: n1seni = n2sen r. Cuando la luz se refracta cambia de dirección porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de la vibración no varía al pasar de un medio a otro, lo que cambia es la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad. Un rayo incidente cambia más o menos de dirección según el ángulo con que incide y según la relación de los índices de refracción de los medios por los que se mueverayo incidente, línea normal o perpendicular a la superficie y rayo refractado. DIFRACCION DE LAS ONDAS Es la propiedad que tienen las ondas de rodear los obstáculos en determinadas condiciones INTERFERENCIAS DE LAS ONDAS Es la superposición o suma de dos o mas ondas de clasifican en 2 tipos de interferencias gracias a la amplitud distancia relativa longitud de onda
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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 antifase, obteniendo una onda resultante de menor amplitud que las ondas iniciales.
3._ EL SONIDO UNA ONDA LONGITUDINAL ¿Cómo se produce el sonido? Son ondas que se producen como consecuencia de una comprecion del medio el sonido se propaga únicamente en medios materiales que hagan soporte de la perturbación por lo tanto el sonido no se propaga en el vacio VELOCIDAD DE PROPAGACION El sonido se propaga tridimensionalmente es decir que la perturbación puede llegar a cualquier parte del espacio por ser una onda mecánica su rapidez de propagación depende del medio en el que se propague. A la presión normal de 1 atm y 20ºC, en un ambiente seco, la velocidad del sonido es de 5600 m/s en el acero, 1460 m/s en el agua y 340 m/s en el aire. CUALIDADES DEL SONIDO Los sonidos se diferencian unos de otros por sus cualidades fundamentales:
ntensidad sonora Tono Timbre Resonancia Reflexión: Eco y reverberación Refracción EFECTO DOPPLER
I
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Es la variación de tono de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento
CONTAMINACION ACUSTICA Es el exceso de sonido que altera las condiciones normales del medio ambiente en una zona especifica . Un sonido molesto que puede producir efectos nocivos fisiológicos y psicológicos para una persona o grupo de personas. APLICACIONES DE ONDAS SONORAS MUSICA producción de sonido en instrumentos musicales y sistemas de afinación de la escala.
ELECTROACUSTICA tratamiento electrónico del sonido, incluyendo la captación (micrófonos y estudios de grabación), procesamiento (efectos, filtrado comprensión, etc.) amplificación, grabación, producción (altavoces) etc.
ACUSTICA FISIOLOGICA estudia el funcionamiento del aparato auditivo, desde la oreja a la corteza cerebral. ACUSTICA FONETICA análisis de las características acústicas del habla y sus aplicaciones.
4. LA LUZ: UNA ONDA Transversal. Naturaleza de la luz
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La luz es una forma de energía emitida por los cuerpos y que nos permite percibirlos mediante la vista. Los objetos visibles pueden ser de dos tipos: La luz que procede de un objeto visible se transmite mediante un movimiento ondulatorio hasta llegar a nuestros ojos. Desde allí se envía un estímulo al cerebro que lo interpreta como una imagen. La luz consiste en una forma de energía, emitida por los objetos luminosos, que se transmite mediante ondas electromagnéticas y es capaz de estimular el sentido de la vista. Las ondas electromagnéticas son transversales, pues las vibraciones de los campos eléctrico y magnético se producen en dirección perpendicular a la dirección de propagación.
Propagación de la luz (I) La luz se puede propagar en el vacío o en otros medios. La velocidad a la que se propaga depende del medio. En el vacío (o en el aire) es de 3·108 m/s; en cualquier otro medio su valor es menor. Esta velocidad viene dada por una magnitud llamada índice de refracción, n, que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad en ese medio. No tiene unidades y su valor es siempre mayor que 1.
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n es el índice de refracción, c es la velocidad de la luz en el vacío y v es la velocidad de la luz en el medio (ambas en m/s). Según su comportamiento ante la luz, los medios se pueden clasificar en: transparentes, opacos y traslúcidos.
Las ondas electromagnéticas no requieren medio material para su propagación. Por eso, la luz del Sol llega a la Tierra después de recorrer una gran distancia en el vacío.
Reflexión de la luz A menudo observamos nuestra imagen reflejada sobre la superficie del agua o sobre superficies metálicas pulidas. Este fenómeno se conoce como reflexión. Es como si la luz rebotara al llegar a la superficie y volviera a través del medio original.
Para explicar este fenómeno se emplean las leyes de la reflexión: 1.- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano. 2.- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión: i = r.
- Rayo incidente: rayo que llega a la superficie. - Rayo reflejado: rayo que refleja la superficie. - Normal: es la perpendicular a la superficie del espejo en el punto donde toca el rayo incidente. - i: ángulo de incidencia, el que forma el rayo incidente con la normal. - r: ángulo de reflexión, el que forma el rayo reflejado con la normal.
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Dispersión de la luz La luz blanca que llega al prisma se refracta y emerge formando una serie de bandas de colores diferentes. este fenómeno se denomina dispersión o descomposición de la luz. La descomposición de la luz blanca fue descubierta por Newton en 1666.
Al proyectarse sobre una pantalla las bandas de color que emergen del prisma, se observa los colores: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul,añil y violeta. Esta secuencia de bandas de colores se denomina espectro solar. Esto nos indica que la luz no es simple, sino que está compuesta por luces de diversos colores.
Características de los colores
Observando el espectro solar vemos que el rayo menos desviado es el rojo y el que más se refracta es el violeta, esto se debe a que las distintas radiaciones que atraviesan el prisma lo hacen con velocidades diferentes. De acuerdo a la teoría de Huygens, la luz es de naturaleza ondulatoria, por lo tanto su velocidad de propagación es: v=f.λ En consecuencia cada color posee una determinada frecuencia y longitud de onda. Se ha podido comprobar que: A menor frecuencia o mayor longitud de onda, corresponde menor refraccción y viceversa.
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La velocidad de la luz varía al pasar de un medio a otro, habiéndose compro bado que su frecuen cia no varía y sí lo hace su longitud de onda. Por lo tanto un color tiene distintas longitudes de onda en el agua, vidrio, aire pero igual frecuencia en todos. Cuando la luz está constituída por ondas de igual frecuencia se denomina monocromática (de un mismo color) como por ejemplo la luz azul, roja, verde, etc.
El espectro electromagnético Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden contemplar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. La longitud de una onda es el período espacial de la misma, es decir, la distancia que hay de pulso a pulso . Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña
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posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo. Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta.