UNIDAD EDUCATIVA “ALBERTO ENRIQUEZ”
Maritza Rivadeneira Almeida. 3ro Bachillerato “C”. 03/01/2014. Anibal Cadena.
Índice 1. Ondas. 1.1. Concepto de onda. 1.2. Tipos de ondas. 1.3. Características de las ondas. 2. Fenómenos ondulatorios. 2.1. Reflexión de las ondas. 2.2. Refracción de las ondas. 2.3. Difracción de las ondas. 2.4. Interferencia de las ondas. 3. El sonido: Una onda longitudinal. 3.1. ¿Cómo se produce el sonido? 3.2. Velocidad de propagación. 3.3. Cualidades del sonido. 3.4. Efecto Doppler. 3.5. Contaminación acústica. 3.6. Aplicaciones de ondas sonoras. 4. La luz: Una onda transversal. 4.1. Naturaleza de la luz. 4.2. Propagación de la luz. 4.3. Reflexión de la luz. 4.4. Refracción de la luz. 4.5. Dispersión de la luz. Espectro. 4.6. El espectro electromagnético.
ONDAS. Concepto de onda. Una onda es una perturbación que se propaga. Las ondas materiales, con excepción de las electromagnéticas, requieren un medio elástico para propagarse. Este medio elástico se deforma y se recupera, vibrando al paso de la onda. Una onda puede transportar energía, pero no puede transportar materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio, pero no viajan con la perturbación. Ejemplo: La onda que puede transmitir un látigo lleva una energía que se descarga en su punta al golpear. Las partículas del látigo vibran, pero no se desplazan con la onda.
Tipos de ondas. Cuando las partículas del medio en que se propaga la perturbación vibran perpendicularmente a la dirección de la propagación, las ondas se llaman transversales. Cuando las partículas del medio en que se propaga la perturbación vibran en la misma dirección se llaman longitudinales. Ejemplos: Ondas transversales
Las olas en el agua, las ondulaciones que se propagan por una cuerda, la luz.
Podemos mirar en la imagen que está a continuación, cada partícula vibra armónicamente en dirección vertical mientras la onda se propaga en dirección horizontal.
Ondas longitudinales
Las compresiones que se propagan por un muelle, el sonido.
Podemos mirar en la imagen que está a continuación, cada partícula vibra armónicamente en dirección horizontal y la onda se propaga en dirección horizontal.
Características de las ondas. Las características de las ondas son: Elongación (y): Es la distancia de cada partícula vibrante a su posición de equilibrio (m). Amplitud (A): Es la distancia máxima de una partícula a su posición de equilibrio (m). Ciclo u oscilación: Es el recorrido de cada partícula, desde que esta inicia una vibración hasta que la misma vuelve a la posición inicial (m). Longitud de onda (l): Es la distancia mínima entre dos partículas que vibran en fase, esto quiere decir, que tienen la misma elongación en todo momento (m). Número de onda (n): Es el número de longitudes de onda que hay en la unidad de longitud (1/m). l= 1/n. Velocidad de propagación (v): Es la velocidad con la que se propaga la onda. Es el espacio recorrido por la onda en la unidad de tiempo (m/s). Periodo (T): 1) Es el tiempo en que una partícula realiza una vibración completa. 2) Es el tiempo que tarda una onda en recorrer el espacio que hay entre dos partículas que vibran en fase (s). T=1/f. Frecuencia (f): 1) Es el Nº de oscilaciones de las partículas vibrantes por segundo. 2) Es el Nº de oscilaciones que se producen en el tiempo en el que la onda avanza una distancia igual a l (Hz=ciclos/s). f=1/T.
FENÓMENOS ONDULATORIOS. Reflexión de las ondas. Reflexión de una onda es el cambio de dirección que experimenta cuando choca contra una superficie lisa y pulimentada pero sin cambiar de medio de propagación. Si la reflexión se produce sobre una superficie rugosa, la onda se refleja en todas direcciones y esto se llama difusión. Existen tres elementos: Rayo incidente. Línea normal o perpendicular a la superficie. Rayo reflejado.
Angulo de incidencia es el que forma la normal con el rayo incidente y ángulo de reflexión al que forma por la normal y el rayo reflejado.
Refracción de las ondas. Refracción de una onda es el cambio de dirección y de velocidad que esta experimenta cuando pasa de un medio a otro en el que puede propagarse. Existen tres elementos: Rayo incidente Línea normal o perpendicular a la superficie Rayo refractado. Angulo de incidencia es el que forma la normal con el rayo incidente y ángulo de refracción al que forma por la normal y el rayo refractado. Si la onda pasa de un medio a otro en el cual la onda viaja más rápido, el rayo refractado se acerca a la normal, mientras que si pasa de un medio a otro en el cual la onda viaja a menos velocidad el rayo se aleja de la normal.
Difracción de las ondas. Difracción de una onda es la propiedad que tienen las ondas de rodear los obstáculos en determinadas condiciones. Cuando una onda llega a un obstáculo de dimensiones similares a su longitud de onda, se convierte en un nuevo emisor de la onda.
Interferencia de las ondas. Interferencia es la superposición de dos o más ondas. Dependiendo de las longitudes de onda, amplitudes y de la distancia relativa entre las mismas se distinguen dos tipos de interferencias: Constructiva: Esta se produce cuando las ondas chocan en fases, obteniendo una onda resultante de mayor amplitud que las ondas iniciales. Destructiva: Esta es la superposición de ondas en antifase, obteniendo una onda resultante de menor amplitud que las ondas iniciales.
EL SONIDO: UNA ONDA LONGITUDINAL. ¿Cómo se produce el sonido? El sonido se produce del resultado de la vibración de un cuerpo, este genera unas ondas de compresión en el medio que lo rodea, y cuando llega a nuestros oídos transmiten esa energía. El sonido es un fenómeno físico y una propagación en forma de ondas elásticas pueden ser audibles o casi audibles que por lo general se propagan a través de un medio.
Ejemplo: Si un guitarrista toca las cuerdas de su guitarra hace vibrar las partículas de aire que lo están rodeando. Primero se separan, disminuyendo la presión y después cuando vuelve la cuerda a su posición de origen, estas se comprimen aumentando la presión.
Velocidad de propagación. Las ondas mecánicas, por su rapidez de propagación dependen del medio de propagación elástico. La velocidad de propagación de la perturbación, dependerá de la proximidad de las partículas. La velocidad de propagación será mucho mayor en los sólidos que en los líquidos, pero principalmente será en los gases.
Cualidades del sonido. Tenemos cuatro cualidades: La altura. Se encuentra determinada por la frecuencia de la onda. Esta característica podemos medirla en ciclos por segundos. La intensidad. Esta permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Se encuentra determinada por la cantidad de energía de la onda. La duración. Está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Como por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, entre otros. El timbre. Esta nos permite distinguir la fuente sonora. Cada material tiene una forma de vibrar diferente provocando ondas sonoras complejas.
Efecto Doppler. El efecto Doppler es un fenómeno físico donde un aparente cambio de frecuencia de onda es presentado por una fuente de sonido con respecto al que lo observa cuando este se encuentra en movimiento. Este fenómeno tiene el nombre de quien lo descubrió, Christian Andreas Doppler, un matemático y físico austríaco. El efecto Doppler es funcional al sonido y también a otros tipos de ondas, aunque los humanos podemos ver reflejado el efecto en la realidad si se trata de ondas de sonido.
Contaminación acústica. El aire se contamina con partículas sólidas o gaseosas, pero el ruido también provoca contaminación y a esto se lo llama contaminación acústica. El ruido no se acumula, no se traslada ni se mantiene en el tiempo, pero provoca molestas y daños en las personas.
Aplicaciones de ondas sonoras. Las ondas sonoras tienen muchas aplicaciones. Música: Es la producción de sonido en instrumentos musicales.
Electroacústica: Es el tratamiento electrónico del sonido, incluyendo la captación, amplificación, grabación, producción, entre otros. Acústica fisiológica: Este estudia el funcionamiento del aparato auditivo, desde la oreja hasta la corteza cerebral. Acústica fonética: Es el análisis de las características acústicas del habla y todas sus aplicaciones. Arquitectura: tiene que ver en dos aspectos: Con el diseño de las propiedades acústicas de un local y con las formas efectivas de aislar del ruido.
LA LUZ: UNA ONDA TRANSVERSAL. Naturaleza de la luz. Desde la antigua Grecia la luz es la naturaleza corpuscular, eran corpúsculos que formaban el rayo luminoso. Esto explicaban fenómenos como la reflexión y refracción de la luz. Newton, suponía que la luz estaba formada por corpúsculos lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de luz.
Propagación de la luz. La luz puede ser propagada en el vacío o en otros medios. A la velocidad que se propaga depende del medio. Esta velocidad es dada por una magnitud que se llama índice de refracción. “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.
Reflexión de la luz. La luz se refleja cuando incide sobre un medio material. Existen dos tipos de reflexión: Reflexión especular: Esta refleja la luz sobre una superficie pulimentada. Reflexión difusa: Esta refleja la luz sobre una superficie rugosa. Existen dos tipos de objetos que emiten la luz: Objetos luminosos o fuentes primarias. Objetos iluminados o fuentes secundarias.
Refracción de la luz. Si la luz pasa de un medio a otro, su velocidad cambiara. Eso hace que pueda variar la dirección del rayo. El fenómeno se llama refracción. Leyes de la refracción:
El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano. Ley de Snell:
n1 · sen i = n2 · sen r “n1” es el índice de refracción del primer medio y “n2” es el índice de refracción del segundo medio, “i” es el ángulo de incidencia y “r” es el ángulo de refracción. Si la luz pasa de un medio de menor índice de refracción a otro de mayor índice de refracción, se acerca a la normal, y si la luz pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro de menor índice de refracción, se aleja de la normal.
Dispersión de la luz. Espectro. La luz blanca es la que proviene del sol. A veces, esa luz se descompone en varias franjas de colores conocida como arco iris. La luz blanca está formada por toda una gama de longitudes de onda, cada una tiene un color, desde el rojo hasta el violeta. La dispersión de la luz es la separación de la luz en sus colores componentes por efecto de la refracción. Las distintas radiaciones que componen la luz blanca emergen separadas del prisma formando una sucesión continua de colores que se llama espectro de la luz blanca.
El espectro electromagnético. Las ondas electromagnéticas se agrupan bajo distintas denominaciones según la frecuencia, aunque no existe un límite preciso para cada grupo. Una onda electromagnética puede generar ondas de varios tipos. Ondas de radio: Estas ondas son utilizadas en telecomunicaciones aquí incluyen las ondas de radio y televisión. Se originan en la oscilación de la carga eléctrica en las antenas emisoras. Microondas: Estas se utilizan en las comunicaciones del radar o la banda UHF (Ultra High Frecuency) y en el horno de la cocina. Su frecuencia es desde los mil millones de hercios hasta casi el billón de hercios. Infrarrojos: Estos son emitidos por los cuerpos calientes. Los tránsitos energéticos implicados en rotaciones y vibraciones de las moléculas caen dentro de este rango de frecuencias. Luz visible: Incluye una franja estrecha de frecuencias, los humanos tenemos unos sensores para detectarla (los ojos, retina, conos y bastones). Estos se originan en la aceleración de los electrones. Ultravioleta: Esta es producida por saltos de electrones en átomos y moléculas excitados. El sol es una fuente poderosa de UVA (rayos ultravioleta) al interaccionar con la atmósfera exterior la ionizan creando la ionosfera. Rayos X: Estos son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Rayos gamma: Estos se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo. Su radiación es peligrosa para los seres vivos.