Ondas, Luz y Sonido
ONDAS, LUZ Y SONIDO NOMBRE: CAMILA BARRERA CURSO: 3ro BGU “C” FECHA: 2014/01/02 1.
Ondas. a) Concepto de onda. Es la propagación del sonido, luz u otros, a través de esta propagación por medio de una onda transporta energía sin transportar materia. El medio de propagación de una onda puede ser aire, agua, etc. Una onda se propaga desde el punto que se produce hacia el medio que rodea ese medio.
•
•
•
•
b) Tipos de ondas. Existen distintos tipos de ondas, de acuerdo el criterio que se tome, encontramos las siguientes: Según el medio en que se propagan: Ondas electromagnéticas: son producto de oscilaciones de un campo eléctrico que se relaciona con uno magnético asociado y por esto no necesitan de un medio para propagarse. Ondas mecánicas: necesitan un medio elástico o deformable para poder viajar que es perturbado de forma temporal aunque no se transporta a otro lugar. Ondas gravitacionales: son perturbaciones que afectan la geometría espacio-tiempo su velocidad es equivalente a la de la luz. Según su propagación: Ondas unidimensionales: estas ondas viajan en una única dirección espacial. • Ondas bidimensionales: estas ondas, en cambio, viajan en dos direcciones cualesquiera de una determinada superficie. • Ondas tridimensionales: estas ondas viajan en tres direcciones desplazándose en todas las direcciones.
Ondas, Luz y Sonido
• •
• •
Según su dirección: Ondas transversales: la onda se desplazan de manera perpendicular a la dirección en que la onda se propaga. Ondas longitudinales: las moléculas se desplazan paralelamente a la dirección en que la onda viaja. Según su periodicidad: Ondas no periódicas: son causadas por una perturbación aislada o se dan de manera repetida, estas tendrán cualidades diferentes. Ondas periódicas: son producidas por ciclos repetitivos de perturbaciones. c) Características de las ondas.
• • •
•
• Elongación: Distancia de cada partícula vibrante a su posición de equilibrio. • Amplitud: Distancia máxima de una partícula a su posición de equilibrio o elongación máxima. • Ciclo u oscilación: Recorrido de cada partícula desde que inicia una vibración hasta que vuelve a la posición inicial. Longitud de onda: Distancia mínima entre dos partículas que vibran en fase, es decir, que tienen la misma elongación en todo momento. Velocidad de propagación: Espacio recorrido por la onda en la unidad de tiempo. 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: número de oscilaciones de las partículas vibrantes por segundo. 2. Fenómenos ondulatorios.
a) Reflexión de las ondas. Reflexión de una onda es el cambio de dirección que experimenta ésta cuando choca contra una superficie lisa sin cambiar su medio de propagación.
Ondas, Luz y Sonido En la reflexión hay tres elementos: rayo incidente, línea normal 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. b) Refracción de las ondas. Es el cambio de dirección y de velocidad que experimenta una onda cuando pasa de un medio a otro. Cada medio se caracteriza por su índice de refracción. En la refracción hay tres elementos: rayo incidente, línea normal 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. c) Difracción de las ondas. Es la propiedad que tienen las ondas de rodear los obstáculos en determinadas condiciones, es decir, que cuando una onda llega a un obstáculo de dimensión similar a la longitud de la onda, dicho obstáculo se convierte en un nuevo propagador de la onda. Cuanto más parecida es la longitud de onda al obstáculo mayor es el fenómeno de difracción. d) Interferencia de las ondas. Se denomina interferencia a la 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 en fases, obteniendo una onda resultante de mayor amplitud que las ondas iniciales.
Ondas, Luz y Sonido Destructiva: es la superposición de ondas en antifase, obteniendo una onda de menor amplitud que las ondas iniciales. 3.
El
sonido:
Una
onda
longitudinal.
a) ¿Cómo se produce el sonido? El sonido se produce como resultado de la vibración de un cuerpo, que genera unas ondas que viajan en el medio que lo rodea. La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. b) Velocidad de propagación. La velocidad con la que viaja el sonido depende del medio de propagación, por ejemplo en un donde las moléculas están separadas (materia e estado gaseoso) el sonido viaja a una velocidad menor comparada con un medio cuya materia es densa (líquido y sólido) donde el sonido se propaga con mayor velocidad. c) Cualidades del sonido. Intensidad La intensidad o volumen es la cualidad que nos permite clasificar los sonidos en fuertes o débiles y está relacionada directamente con la magnitud física “Intensidad de la onda”. Tono El tono es una cualidad del sonido que nos permite clasificar los sonidos en altos y graves y está relacionada directamente con la magnitud física “frecuencia”.
Timbre El timbre nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y la misma frecuencia. Por ejemplo nos permite distinguir el sonido de una
Ondas, Luz y Sonido trompeta y un violín aunque emitan la misma nota con la misma intensidad.
d) 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 a su observador cuando esa misma fuente se encuentra en movimiento. Este fenómeno lleva el nombre de su descubridor, Christian Andreas Doppler, un matemático y físico austríaco que presentó sus primeras teorías sobre el asunto en 1842.
e) Contaminación acústica. Es exceso de sonido que altera las condiciones normales del ambiente en una determinada zona. El término "contaminación acústica" hace referencia al ruido, provocado por las actividades humanas (tráfico, industrias, locales de ocio, aviones, etc.), que produce efectos negativos sobre la salud auditiva, física y mental de los seres vivos. Este término está estrechamente relacionado con el ruido debido a que esta se da cuando el ruido es considerado como un contaminante, si bien el ruido puede causar grandes daños en la calidad de vida de las personas si no se controla adecuadamente. f) Aplicaciones de ondas sonoras.
Ondas, Luz y Sonido
2) 3) 4) 5) 6) 7)
4.
Las ondas sonoras, aparte de estimular nuestro oído, se utilizan para numerosas aplicaciones técnicas y científicas. 1) El sonar: es una técnica que usa la propagación del sonido bajo el agua para navegar, comunicarse y detectar otros buques o bancos de pesca, utilizando la reflexión de la onda de forma similar a la que ocurre con el eco. Ecografías: siguen un principio similar al del sonar, pero aplicado esta vez en medicina. Litotricia: que es el nombre técnico del proceso utilizado para romper cálculos renales y biliares mediante la energía de los ultrasonidos. Otros usos médicos: como la desinfección de material quirúrgico, tratamiento local del dolor muscular o limpiezas dentales. Medida de distancias: un simple ejemplo la medida de la distancia de un rayo por medio del sonido. Medida de velocidades: como en los radares de nuestras carreteras aplicando el efecto Doppler. En el mundo animal: los murciélagos utilizan los ultrasonidos como un sonar para volar en la oscuridad y otros animales como los delfines o las langostas se comunican mediante ultrasonidos. Las ballenas y algunas aves utilizan infrasonidos al comunicarse.
La luz: Una onda transversal. a) Naturaleza de la luz. Una de las ramas más antiguas de la física es la óptica, ciencia de la luz, que comienza cuando el hombre trata de explicar el fenómeno de la visión considerándolo como facultad anímica que le permite relacionarse con el mundo exterior. b) Propagación de la luz. Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad.
Ondas, Luz y Sonido c) Reflexión de la luz. Reflexión: se sabe que la luz al chocar contra un espejo se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto la reflexión cumple las leyes del choque elástico.
d) Refracción de la luz. Refracción: el hecho de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando la dirección de propagación, tiene difícil explicación con la teoría corpuscular. Sin embargo Newton supuso que la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción ejercía una atracción sobre las partículas luminosas, aumentando así la componente normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanecía invariable.
e) Dispersión de la luz. Espectro Uno de los fenómenos de la luz natural es su descomposición en todos los colores del arco iris, desde el rojo hasta el violeta, cuando se refracta a través de algún material de vidrio, este fenómeno recibe el nombre de dispersión y es debido a que la velocidad de la luz en un medio cualquiera varía con la longitud de onda (el índice de refracción de un medio y por tanto la velocidad de la luz en el mismo depende de la longitud de onda. Cada color tiene una longitud de onda distinta). Así, para un mismo ángulo de incidencia, la luz se refracta con ángulos distintos para diferentes colores.
Ondas, Luz y Sonido
f) El espectro electromagnético. El espectro electromagnético es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna hasta los rayos gamma, que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Rango del espectro: El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda diferentes. La energía electromagnética en una longitud de onda particular tiene una frecuencia asociada y una energía fotónica. Así, el espectro electromagnético puede expresarse en términos de cualquiera de estas tres variables, que están relacionadas mediante ecuaciones. De este modo las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja.