Movimiento Ondulatorio
Se llama sistema físico, a cualquier región del espacio, junto con los cuerpos contenidos en ella, que se elija para realizar un estudio determinado. Por ejemplo, el conjunto formado por una balanza, dos monedas de las que se desea conocer su masa, y el lugar en donde se realiza la operación, es un sistema físico. Si colocamos una moneda de 20 pesos en un plato de una balanza, y en el otro, una moneda de 50 pesos, los platos comienzan a subir y a bajar, hasta que se detienen, de tal manera que uno queda más bajo que el otro. Cuando esto sucede, se dice que el sistema está en equilibrio. Un sistema físico está en equilibrio cuando sus características no se modifican en el transcurso del tiempo. Si colocamos otra moneda de 50 pesos en él plato de la balanza qué haya quedado más alto, el equilibrio se rompe, y |os platos comienzan a oscilar nuevamente. Se puede decir, entonces, que en el sistema se ha producido una perturbación. Se llama perturbación a todo fenómeno que altere las características de un sistema en equilibrio. Qué es una onda? Supongamos un sistema físico formado por un estanque de aguas tranquilas y un corcho que flota sobre ellas. Si lanzamos una piedra al estanque, alrededor del punto donde cayó la piedra se forma, sobre la superficie del agua, una serie de círculos. Cuando los círculos producidos llegan al corcho, éste no se desplaza horizontalmente, sino que oscila hacia arriba y hacia abajo, junto con el agua que lo sostiene. Es decir, el corcho sigue exactamente en el mismo lugar en el que estaba antes. Al arrojar la piedra se produce una perturbación en el agua del estanque, y esta
perturbación se transmite a toda el agua del estanque, pero ni el agua ni el corcho se desplazan. El movimiento ondulatorio, es el tipo de movimiento mediante el cual se propaga una perturbación. En el movimiento ondulatorio no se produce transporte de materia, pero sí de energía, cuando las ondas llegan a una partícula de agua, ésta empieza a oscilar, para lo cual se requiere energía. Propagación y velocidad de las ondas: La propagación de un movimiento ondulatorio se realiza de partícula a partícula. En cualquier medio natural, como el agua o el aire, se presentan ciertas fuerzas de atracción entre las partículas, que hacen que, cuando una de éstas vibra, obligue a hacer lo mismo a las siguientes, y así sucesivamente. Una perturbación no se transmite instantáneamente a todas partes, sino que tarda cierto tiempo en viajar desde un punto a otro del medio por el cual se propaga. Así, por ejemplo, el sonido de un trueno tardará más tiempo en percibirse cuanto más lejos nos encontremos del lugar donde se está produciendo la tormenta. Se llama velocidad de propagación de una onda a la distancia que recorre la perturbación transmitida por la onda, en un tiempo determinado. Propagación de las ondas superficiales: La velocidad de propagación de una onda depende del medio material por el que se propaga. Así, el sonido se transmite a mayor velocidad a través del agua que del aire:
Energía y movimiento ondulatorio: Todo movimiento ondulatorio propaga una energía. Así, en el ejemplo del estanque con agua, el movimiento vibratorio del corcho supone que éste ha adquirido una energía cinética o de movimiento. Esto indica que la energía comunicada al agua por el impacto de la piedra lanzada, se transmite a las partículas del medio, hasta desaparecer, como consecuencia de las fuerzas de rozamiento que existen entre las moléculas del agua y entre estas y el borde del estanque. Por lo general, siempre que se libera energía en un medio material, aparece un movimiento ondulatorio. Tal es el caso del origen de los terremotos. Cuando la energía acumulada en una zona de la corteza terrestre se libera bruscamente a causa de la fractura de una placa, se producen las conocidas ondas sísmicas. La energía que las ondas sísmicas transportan se propaga desde el lugar donde ocurre la perturbación, hasta la superficie terrestre, dando como resultado la formación de grietas en el terreno y la destrucción de puentes, edificios, etc. Clases de ondas: Son varios los criterios que existen para clasificar las ondas. Si se tiene en cuenta el medio de propagación, las ondas pueden ser mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas son las que requieren de un medio material para su propagación. El sonido, las ondas superficiales de los líquidos y las ondas sísmicas son ondas mecánicas. Las ondas electromagnéticas, son las que se propagan en el vacío, es decir, que no requieren de un medio material para su desplazamiento. La luz, las ondas de radio y los rayos X son ejemplos de ondas electromagnéticas. Si se compara la dirección en la que se propaga una onda, con la dirección en la que vibran las partículas del medio, las ondas pueden ser transversales y longitudinales. Las ondas transversales, son las que se propagan en dirección perpendicular, a la de la vibración de las partículas. Las ondas que se producen en la superficie del agua de un estanque al arrojar una piedra, son de este tipo. Las ondas que se generan cuando se hace vibrar el extremo de una cuerda, también son ondas transversales. Las ondas longitudinales, son las que se propagan en la misma dirección en la cual vibran las partículas.
Las ondas que se producen en un resorte al estirarlo y posteriormente soltarlo, son ondas longitudinales. Por el fenómeno de la difracción podemos escuchar, detrás de una puerta, los sonidos que se producen en un cuarto, ya que dichas ondas bordean los obstáculos. Producción y propagación del sonido: El sonido es un fenómeno ondulatorio producido por un tipo especial de ondas longitudinales denominadas ondas sonoras. El sonido se produce por las vibraciones que se originan en un foco sonoro. Estas vibraciones hacen que vibren las partículas del medio de propagación que se encuentran próximas al foco. Dichas partículas transmiten su vibración a otras, y así sucesivamente, hasta que la perturbación llega al oído, donde se transforma en sensación sonora. Como toda onda, el sonido transporta energía. Así, el sonido producido por una fuerte explosión puede transportar la suficiente energía como para romper los cristales próximos al lugar del hecho. El sonido se propaga en todas direcciones. Por este motivo, la música producida por un radio se escucha en toda la habitación en donde éste se encuentra instalado. El sonido no puede propagarse en el vacío. Esto se debe a que en el vacío no existe ningún tipo de partículas que transmitan la vibración producida por el tocó sonoro. El sonido se propaga a distintas velocidades, según el medio de propagación. Así, en el aire el sonido se propaga a 340 metros por segundo, y en el agua, a 1.500 metros por segundo. La reflexión del sonido: Cuando el sonido encuentra un obstáculo para su propagación, invierte su sentido de marcha y vuelve a dónde se encuentra el foco emisor. Este fenómeno se denomina reflexión del sonido, o eco. La reflexión del sonido, es el cambio en el sentido de propagación que experimentan las ondas sonoras cuando chocan con un obstáculo. El eco puede notarse fácilmente si emitimos un sonido frente a un muro. El sonido rebota y vuelve hasta nosotros, de manera que podemos escucharlo de nuevo.
Cualidades del sonido: El sonido tiene tres cualidades, la intensidad, el tono y el timbre.
•La intensidad, es la cualidad que permite distinguir los sonidos fuertes (alta intensidad) de los sonidos dÊbiles (baja intensidad). •El tono, es la cualidad que permite distinguir los sonidos agudos (tono alto) de los sonidos graves (tono bajo).
•El timbre, es la cualidad que nos permite distinguir los sonidos emitidos por diferentes cuerpos sonoros (por ejemplo, un piano o un violín), aunque dichos sonidos tengan la misma intensidad y el mismo tono. Infrasonidos y ultrasonidos El oído humano sólo puede percibir los sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 Hz y 40.000 Hz. Los sonidos de frecuencia inferior a los 20 Hz se denominan infrasonidos y los de frecuencia superior a 40.000 Hz se denominan ultrasonidos. Los ultrasonidos tienen muchas aplicaciones tecnológicas, tales como el sonar y el ecógrafo. El sonar, es un aparato que sirve para detectar objetos sumergidos en el mar a grandes profundidades, el sonar es muy utilizado en los barcos de guerra, para detectar submarinos, y en las naves pesqueras, para localizar bancos de peces. El sonar también tiene aplicaciones científicas concretas. Gracias a él se ha podido saber cómo son los fondos oceánicos y se ha conseguido trazar mapas de ellos. El ecógrafo, es un aparato mediante el cual se puede estudiar el interior del cuerpo humano. Se utiliza mucho en medicina, cuando no es posible emplear rayos X. Gracias al ecógrafo se puede detectar un embarazo, ya que los ultrasonidos no dañan el feto. El micrófono, es un aparato que convierte e| sonido en una corriente eléctrica, es decir, transforma la energía sonora en energía eléctrica. Consta de una membrana metálica, situada entre los polos de un imán y conectada a un cable conductor. Cuando se emite un sonido frente a un micrófono, la membrana de éste vibra, y dicho movimiento, junto con la acción del imán, produce una corriente eléctrica, que se transmite por el cable. La corriente así formada es más intensa cuanto más fuerte es el sonido; es decir, esa corriente es una imagen viva del sonido que la produce. El cable del micrófono suele terminar en un altavoz que reproduce y amplifica el sonido. La luz, es una forma de energía ya que puede hacer cambiar las propiedades de los cuerpos. Así, una hoja de papel blanco expuesta durante tiempo a la luz del Sol se vuelve amarilla, es decir, cambia de color.
La luz puede transformarse en otros tipos de energía, así en las centrales solares, la luz del Sol se transforma en energía eléctrica. A su vez, otros tipos de energía pueden transformarse en luz, como sucede con la energía eléctrica, en los bombillos.
Las fuentes luminosas, son todos aquellos cuerpos que son capaces de emitir luz; las fuentes luminosas pueden ser naturales o artificiales. Son fuentes luminosas naturales las estrellas, el fuego, algunos animales como las luciérnagas, etc. Son fuentes luminosas artificiales los bombillos, los tubos fluorescentes, etc. La propagación de la luz: según permitan o no la propagación de !a luz, los cuerpos pueden ser transparentes, translúcidos u opacos. Son cuerpos transparentes aquellos que dejan pasar la luz y permiten ver con nitidez los cuerpos que hay detrás de ellos. Son cuerpos translúcidos aquellos que dejan pasar la luz, pero no permiten ver con nitidez los cuerpos que hay detrás de ellos. Son cuerpos opacos aquellos que no dejan pasar la luz. La propagación de la luz se realiza con las siguientes particularidades: La luz se propaga en línea recta, así, la luz que recibimos del Sol se desplaza en línea recta desde el Sol hasta la Tierra. La luz se propaga en todas las direcciones, por eso, la luz producida por una lámpara ilumina toda la habitación en la que está instalada. La luz se propaga con gran rapidez, así, tanto en el aire como en el vacío, viaja a 300.000 kilómetros por segundo, aunque en otros medios esta velocidad es menor.