2014 UNIDAD EDUCATIVA “ALBERTO ENRÍQUEZ” CAROLINA GUEVARA
3ro BGU “A”
TRABAJO DE FÍSICA
ANIBAL CADENA
UNIDAD EDUCATIVA “ALBERTO ENRÍQUEZ”
ONDA: Se entiende por onda a aquella perturbación que transporta energía, y que se propaga en el tiempo y espacio. La onda tiene una vibración de forma ondulada que se inicia en un punto y continúa hasta que choca con otro cuerpo. Una onda transporta energía pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación Ejemplo: La onda que transmite 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. Un corcho en la superficie del agua vibra verticalmente al paso de las olas pero no se traslada horizontalmente, eso indica que las partículas de agua vibran pero no se trasladan. TIPOS DE ONDAS Según el medio en que se propagan 1) Ondas electromagnéticas: estas ondas no necesitan de un medio para propagarse en el espacio, lo que les permite hacerlo en el vacío a velocidad constante, ya que son producto de oscilaciones de un campo eléctrico que se relaciona con uno magnético asociado. 2) Ondas mecánicas: a diferencia de las anteriores, necesitan un medio material, ya sea elástico o deformable para poder viajar. Este puede ser sólido, líquido o gaseoso y es perturbado de forma temporal aunque no se transporta a otro lugar. 3) Ondas gravitacionales: estas ondas son perturbaciones que afectan la geometría espacio-temporal que viaja a través del vacío. Su velocidad es equivalente a la de la luz. Según su propagación: 1) Ondas unidimensionales: estas ondas, como su nombre indica, viajan en una única dirección espacial. Es por esto que sus frentes son planos y paralelos. 2) Ondas bidimensionales: estas ondas, en cambio, viajan en dos direcciones cualquieras de una determinada superficie. 3) Ondas tridimensionales: estas ondas viajan en tres direcciones conformando un frente de esférico que emanan de la fuente de perturbación desplazándose en todas las direcciones. Según su dirección: 1) Ondas transversales: las partículas por las que se transporta la onda se desplazan de manera perpendicular a la dirección en que la onda se propaga. 2) Ondas longitudinales: en este caso, las moléculas se desplazan paralelamente a la dirección en que la onda viaja.
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Ejemplos de ondas transversales: las olas en el agua, las ondulaciones que se propagan por una cuerda, la luz… Ejemplos de ondas longitudinales: las compresiones y dilataciones que se propagan por un muelle, el sonido… Según su periodicidad: 1) Ondas no periódicas: estas ondas son causadas por una perturbación de manera aislada o, si las perturbaciones se dan de manera repetida, estas tendrán cualidades diferentes. CARACTERISTICAS • CRESTA: Es el punto de máxima elongación o máxima amplitud de la onda. •
PERÍODO ( ): Es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.
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AMPLITUD ( ): Es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda.
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FRECUENCIA ( ): Número de veces que es repetida dicha vibración por unidad de tiempo. VALLE: Es el punto más bajo de una onda.
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LONGITUD DE ONDA ( ): Es la distancia que hay entre el mismo punto de dos ondulaciones consecutivas, o la distancia entre dos crestas consecutivas. NODO: Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio. CICLO: es una oscilación, o viaje completo de ida y vuelta. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN ( ): Es la velocidad a la que se propaga el movimiento ondulatorio. Su valor es el cociente de la longitud de onda y su período. NÚMERO DE ONDA (N): Número de longitudes de onda que hay en la unidad de longitud ELONGACIÓN es la distancia que hay, en forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio.
FENOMENOS ONDULATORIOS Son parte importante del mundo que nos rodea, atreves de ondas nos llegan los sonidos, como ondas percibimos la luz; se puede decir que atreves de ondas percibimos casi toda la información que percibimos. REFLEXION DE ONDA La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al estar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambiantes, regresa al punto donde se originó. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua. CAROLINA GUEVARA
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EXISTEN TRES ELEMENTOS: Rayo incidente Línea normal o perpendicular a la superficie 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.
REFRACCION DE ONDA Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. Ejemplos: Cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. EXISTEN TRES ELEMENTOS DE ONDAS: Rayo incidente Línea normal o perpendicular a la superficie 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.
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DIFRACCION DE ONDA Es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz visible y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga. Ejemplo: Por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor. Cuanto más parecida es la longitud de onda al obstáculo mayor es el fenómeno de difracción.
INTERFERENCIA DE ONDA Es un fenómeno en el que dos o más ondas se superponen para formar una onda resultante de mayor o menor amplitud. El efecto de interferencia puede ser observado en cualquier tipo de ondas, como luz, radio, sonido, ondas en la superficie del agua, etc. SONIDO El sonido se produce como resultado de la vibración de un cuerpo, que genera unas ondas de compresión en el medio que lo rodea, que al llegar a nuestros oídos transmiten esa energía, modulada en forma de impulso nervioso, hasta el cerebro. ONDA LONGITUDINAL Una onda longitudinal es aquella en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda
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PROPAGACIÓN DE SONIDO La
Como
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. las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
LAS CUALIDADES DEL SONIDO •
La altura o tono. Está determinado por la frecuencia de la onda. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Para que podamos percibir los humanos un sonido, éste debe estar comprendido en la franja de 20 y 20.000 Hz.Por debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.
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La intensidad. Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad de energía de la onda. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibeles (dB).
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La duración. Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc.
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El timbre. Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican. Por ejemplo, no suena lo mismo un clarinete que un piano aunque interpreten la misma melodía.
EFECTO DOPPLER,
Llamado así por el físico austríaco
CHRISTIAN ANDREAS DOPPLER,
El efecto Doppler es el cambio en la frecuencia de una onda producido por el movimiento de la fuente respecto a su observador. Este efecto se produce en aquellos casos en los que
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la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas.
Contaminación acústica hace referencia al ruido excesivo y molesto, provocado por las actividades humanas (tráfico, industrias, locales de ocio, etc.) Que produce efectos negativos sobre la salud auditiva, física y mental de las personas.
APLICACIONES SONORAS •
Las ondas sonoras, aparte de estimular nuestro oído, se utilizan para numerosas aplicaciones técnicas y científicas. Principalmente se hace uso de los ultrasonidos, sonidos por encima de la frecuencia límite de audición del ser humano.
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Ecografías; siguen un principio similar al del sonar, pero aplicado esta vez en medicina. • •
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En una ecografía el aparato, denominado ecógrafo, envía los ultrasonidos a la parte del cuerpo que queremos estudiar. Estos ultrasonidos se desplazan a distinta velocidad en función de la densidad de los tejidos (en algunos de ellos ni siquiera penetran); recogiendo el eco de estos ultrasonidos se transforma la señal recibida en una imagen.
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Aplicando esta técnica sucesivamente con ángulos distintos pueden conseguirse imágenes tridimensionales e incluso la sensación de movimiento.
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Litotricia; que es el nombre técnico del proceso utilizado para romper cálculos renales y biliares mediante la energía de los ultrasonidos.
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Otros usos médicos; como la desinfección de material quirúrgico, tratamiento local del dolor muscular o limpiezas dentales.
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Medida de distancias; en procesos industriales en los que se precisa una tolerancia muy baja con las irregularidades y, con menor precisión, en los autofocos de las cámaras fotográficas y móviles, ajustando para que la imagen salga enfocada.
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Medida de velocidades; como en los radares de nuestras carreteras, aprovechando el conocido como efecto Doppler que se explica en el siguiente "Para saber más".
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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.
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Música: producción de sonido en instrumentos musicales y sistemas de afinación de la escala.
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Electroacústica: tratamiento electrónico del sonido, incluyendo la captación (micrófonos y estudios de grabación), procesamiento (efectos, filtrado comprensión, etc.) amplificación, grabación, producción (altavoces) etc.
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Acústica fisiológica: estudia el funcionamiento del aparato auditivo, desde la oreja a la corteza cerebral.
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Acústica fonética: análisis de las características acústicas del habla y sus aplicaciones.
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Arquitectura: tiene que ver tanto con diseño de las propiedades acústicas de un local a efectos de fidelidad de la escucha, como de las formas efectivas de aislar del ruido los locales habitados.
LA LUZ: UNA ONDA TRANSVERSAL La luz presenta una naturaleza compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una onda o como una partícula. 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. Una onda transversal es una onda en la que las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Si una onda transversal se mueve en el plano xpositivo, sus oscilaciones van en dirección arriba y abajo que están en el plano y-z. PROPAGACIÓN DE LA LUZ CAROLINA GUEVARA
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La luz emitida por una fuente luminosa es capaz de llegar hasta otros objetos e iluminarlos. Este recorrido de la luz desde la fuente luminosa hasta los objetos, se denomina rayo luminoso. La luz se propaga siempre: • En línea recta. • En todas las direcciones. • A gran velocidad, a 300.000 kilómetros por segundo.
REFLECCIÓN DE LA LUZ Es el fenómeno en el que la luz o cualquier onda, se devuelve hacia el mismo medio material del que provenía al enfrentarse a la interfaz frontera imaginaria entre dos medios materiales de distintas características entre dos medios materiales distintos. Leyes de la reflexión: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano. 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. LA REFRACCIÓN DE LA LUZ Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Los lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico. Las leyes de la refracción Al igual que las leyes de la reflexión, las de la refracción poseen un fundamento experimental. Junto con los conceptos de rayo incidente, normal y ángulo de incidencia, es necesario considerar ahora el rayo refractado y el ángulo de refracción o ángulo que forma la normal y el rayo refractado. CAROLINA GUEVARA
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Sean 1 y 2 dos medios transparentes en contacto que son atravesados por un rayo luminoso en el sentido de 1 a 2 y e1 y e2 los ángulos de incidencia y refracción respectivamente. Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción pueden, entonces, expresarse en la forma: 1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano. 2.ª Ley. ley de Snell Los senos de los ángulos de incidencia e1 y de refracción e2 son directamente proporcionales a las velocidades de propagación v1 y v2 de la luz en los respectivos medios. Ley de Snell de la refracción Es una fórmula utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz o cualquier onda electromagnética con índice de refracción distinto. DISPERSIÓN DE LA LUZ Se denomina dispersión al fenómeno de separación de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material. Por ejemplo, a las ondas sonoras que se desplazan a través de la atmósfera, a las ondas de radio que atraviesan el espacio interestelar o a la luz que atraviesa el agua, el vidrio o el aire. El estado de un sólido o de un gas cuando contienen otro cuerpo uniformemente repartido en su masa. Se produce cuando un rayo de luz compuesta se refracta en algún medio quedando separados sus colores constituyentes. Espectro electromagnético Es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto. Se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. EJEMPLOS: De mayor a menor energía o de menor a mayor longitud de onda: Rayos gamma, Rayos X, Ultravioleta, Visible, Infrarrojo, Ondas de radio y Microondas.
La ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separación CAROLINA GUEVARA entre dos medios en los que la velocidad de propagación la onda varíe.