Introducción. Qué otra aplicación conoces que utilice el fenómeno ondulatorio? Por qué se producen las olas en el mar?

Transcripción

1 DÓNDE ESTAMOS UBICADOS EN EL TIEMPO Y EN EL ESPACIO? Por qué se producen las olas en el mar? Introducción Lee con atención: Vamos a comprender las características de los fenómenos ondulatorios que permiten oír, ver y hablar. En este proceso se transmite energía sin que haya un transporte de materia. El sonido nos permite comunicarnos, y disfrutar de la música y el canto de las aves. La luz y las radiaciones electromagnéticas muestran como es nuestro planeta, y gracias a las radiaciones electromagnéticas nos comunicamos de manera instantánea. Las propiedades de los fenómenos ondulatorios nos han permitido grandes avances a nivel de la medicina y de las comunicaciones; ejemplo de ello son las ecografías para establecer un diagnóstico temprano, o la determinación de distancias utilizando el sonar de los barcos. Figura 1. Ondas en la naturaleza Qué otra aplicación conoces que utilice el fenómeno ondulatorio? SM_S_G08_U01_L01_M 1

2 Objetivos de aprendizaje Explicar las principales características de las ondas, a partir del estudio de fenómenos ondulatorios que ocurren en la superficie del agua Describe e ilustra el comportamiento observado en la superficie del agua, cuando es impactada por una roca Ilustra la variación del nivel del agua cuando es impactada por una roca Identifica la amplitud, longitud de onda, período, frecuencia y rapidez de propagación de una onda Establece relaciones entre longitud de onda, frecuencia y rapidez de propagación, a partir de experiencias prácticas Comprueba fenómenos de reflexión de ondas en una cubeta de agua Verifica fenómenos de interferencia entre ondas generadas en una cubeta de agua. Explica el comportamiento utilizando esquemas Actividad 1 Comportamiento de una onda en la superficie del agua Actividad experimental Debes llevar para el desarrollo de esta actividad los siguientes elementos: Cubeta transparente Dos lápices Un pedazo de corcho Gotero Un trozo de lana Procedimiento: Ondas circulares en el agua Se deposita agua hasta la mitad del recipiente transparente, y se ubica sobre una superficie blanca (para generar contraste) Con el gotero se deja caer una gota de agua. El estudiante observa y registra lo que sucede en la superficie del agua. Figura 2. Recipiente transparente SM_S_G08_U01_L01_M 2

3 Un pequeño objeto que oscila en el agua Posteriormente se ubica el pedazo de corcho en el recipiente con agua. Figura 2. Recipiente transparente Figura 4. Recipiente con líquido Se deben producir ondas circulares, dejando caer gotas de agua (con un gotero) Observa y registra: Qué sucede con el corcho? Ahora tomemos dos lápices y de manera simultánea con la ayuda de dos compañeros generemos dos ondas circulares. Superposición de ondas transversales Figura 5. Superposición de onda SM_S_G08_U01_L01_M 3

4 Por qué este fenómeno recibe el nombre de superposición de ondas transversales? Observa con atención: Después de observar el video presentado por el docente, describa lo que sucede en la superficie del agua cuando es impactada por diferentes objetos. Realiza un dibujo que represente cada momento. Guía De Observación De Videos Objetivo: Nombre del estudiante: Nombre del docente Nombre del video El estudiante realiza una ilustración con cada fenómeno ondulatorio que observe SM_S_G08_U01_L01_M 4

5 Actividad 2 Variación en el nivel del agua cuando es impactada por un objeto Debes llevar para el desarrollo de esta actividad los siguientes elementos: Un vaso desechable transparente Canicas Regla Marcador Un trozo de hilo o lana Figura 6. Vaso desechable Figura 7. Canicas de colores Figura 8. regla Figura 9. Marcador Figura 10. Lana Procedimiento Reúnete con dos compañeros y realicen el siguiente procedimiento: Toma el vaso y llénalo de agua hasta la mitad así: Con el marcador y la regla traza la altura del agua en el vaso. Registra el dato: Figura 11. Vaso con líquido Figura 12. Marcador, regla y vaso con líquido SM_S_G08_U01_L01_M 5

6 Ahora introduce en el vaso una canica. Figura 13. Vaso con la canica Figura 14. Medida de la altura del agua en el vaso Ahora toma la medida de la altura del líquido después de echar la canica. Los datos que se tienen hasta el momento son: Altura inicial del agua en el vaso: Altura final del agua con la canica: Qué consideras que hace falta para determinar el empuje y el peso aparente de la canica que se sumergió en el agua? Vamos a determinar el volumen de la canica Si tomamos la canica y medimos la longitud de la circunferencia con la lana, así: Figura 15. Procedimiento para medir la longitud de circunferencia de la canica SM_S_G08_U01_L01_M 6

7 Ahora vamos a medir el trozo de lana. Figura 16. Medida de la longitud de circunferencia de la canica Anota aquí la longitud (L): Tomando la fórmula de longitud de la circunferencia. L=2 π r Qué datos tenemos?: Despejamos el radio (r) de la fórmula y quedaría: L =r 2 π Ahora la fórmula para hallar el volumen de la esfera es 4 V= π r 3 3 Realiza los cálculos y anota el resultado: Conociendo la densidad del vidrio es 2,5 kg cm 3 y el volumen de la canica. Determinemos la masa. m=d V Realiza el cálculo en la fórmula de masa y registra cm Al tener el dato de la masa esta se multiplica por la gravedad 980 s 2 expresada en centímetros y se obtienen el peso: expresado en Newton Cómo plantearías la fórmula del empuje a partir de lo que conoces del tema? SM_S_G08_U01_L01_M 7

8 Observa con atención la siguiente información, y realiza las adecuaciones correspondientes a la actividad experimental. Al lanzar un objeto a una fuente con agua, estanque o una cubeta, se pueden observar las siguientes variaciones. 1 Cuando un objeto está sumergido, el fluido ejerce una presión en todos los puntos del objeto y perpendicular a la superficie de ese objeto Figura 17. Recipiente con líquido 2 Sobre un cuerpo sumergido actúa mayor presión sobre la superficie de abajo que sobre la de arriba. El efecto neto es tener una fuerza que va hacia arriba llamada empuje. Si el peso es mayor que el empuje entonces el objeto se hunde; en caso contrario flotará Fuerza de empuje Se crea un vacío El agua desalojada asciende por encima del nivel que tenia en repso Figura 18. Fuerza y empuje SM_S_G08_U01_L01_M 8

9 Presion Presion Figura 19. Presión ejercida en el objeto sumergido Empuje Peso Figura 20. Empuje y peso ejercido en un objeto sumergido 3 A este peso más pequeño se le llama peso aparente. Siempre es menor que en la superficie, y es debido al empuje Se cumple entonces que: w aparente = w superficie - F Empuje SM_S_G08_U01_L01_M 9

10 4 Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del fluido desplazado. (Principio de Arquímedes) Figura 21. Principio de Arquímedes Ejemplo Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en agua, calcula el empuje y el peso aparente. Datos que proporcionan: densidad del acero 7,9 g/cm 3, volumen de la esfera 5, m 3 y densidad del agua (1000 kg/m3) Hallar el empuje: E = V d g V= volumen de un cuerpo d= densidad del fluido g = gravedad Ahora se reemplazan los datos en la fórmula. E = V d g E=5, m kg/m3 9,81 m s 2 =5,131N Se cancelan los m 3 y queda en unidad de Newton (1 kg m/s² ) Respuesta: el empuje es 5,131N Fuerza resultante: encontrar el peso de la esfera, se sabe que la densidad del acero es 7900 kg/m3 La masa: se entiende como m = d v m=7900 kg/m 3 5, m 3 m=4,135 kg SM_S_G08_U01_L01_M 10

11 Hallar el peso de la esfera. p=4,135 kg 9,81 p=40,52n m s 2 Peso aparente está dado por: w aparente = w superficie -F Empuje w aparente = 40,52N-5,131N w aparente = 35,389N Partiendo de los ejemplos compartidos, resuelve la siguiente situación. 1. Un objeto (piedra) de 5 kg se introduce en el agua siendo su peso aparente en ella de 30 N, calcula el empuje. Resuelve aquí el ejercicio anterior: Coloca aquí tu respuesta después de realizado el ejercicio: SM_S_G08_U01_L01_M 11

12 Actividad 3 Identificando las características de onda: amplitud, longitud, período, frecuencia y velocidad de propagación de una onda Para el desarrollo de esta actividad se requieren los siguientes elementos: Cuerda Cronómetro Cinta métrica Reunete con de otro compañero realiza la actividad. Figura 22. Cuerda sujetada Tomen la cuerda y sujétenla a alguna estructura. Registra lo que sucede en la cuerda: Figura 23. Movimiento ondulatorio en la cuerda Uno de los dos debe agitar la cuerda una sola vez y observar. SM_S_G08_U01_L01_M 12

13 Características de ondas: Utilizando la cuerda y la información sobre cada una de las características de ondas, realiza la representación (en un plano cartesiano) y la expresión matemática para: velocidad, longitud de onda, periodo, amplitud, y frecuencia de onda. Velocidad de onda: Resulta de dividir la distancia que recorre la perturbación transmitida por la onda, entre el tiempo que ha transcurrido Expresión matemática: SM_S_G08_U01_L01_M 13

14 Longitud de onda se considera a la distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos Expresión matemática: Periodo Tiempo en el que una partícula realiza una oscilación completa Expresión matemática: SM_S_G08_U01_L01_M 14

15 Amplitud Distancia máxima de una partícula a su posición de equilibrio o elongación máxima. Unidad en el sistema internacional S.I.: metro (m) Expresión matemática: Frecuencia Se define como el número de veces que se repite un fenómeno en la unidad de tiempo (segundos) Expresión matemática: SM_S_G08_U01_L01_M 15

16 Después de socializar las gráficas y la expresión matemática, observa con atención y realiza los ajustes correspondientes. Velocidad de onda Expresión matemática: Longitud de onda Expresión matemática: SM_S_G08_U01_L01_M 16

17 Período Expresión matemática: Amplitud Expresión matemática: SM_S_G08_U01_L01_M 17

18 Frecuencia Expresión matemática: Actividad 4 Estableciendo relación entre: longitud de onda, frecuencia y Velocidad de propagación a partir de experiencias prácticas Para desarrollar esta actividad debes tener en cuenta los siguientes elementos. una cuerda Cinta métrica (metro) Cronómetro Movimiento de la onda Figura 24. Movimiento en una cuerda SM_S_G08_U01_L01_M 18

19 Vamos a tomar la cuerda y agitarla cuatro veces cada segundo. Como se observa en la figura, teniendo presente de marcar la amplitud con la cinta métrica, en la figura 27 se propone A= 6cm, tú puedes tomar tus propias medidas y desarrollar el ejercicio. y(cm) 6 Determine: la amplitud, frecuencia, período, longitud de onda y velocidad de propagación x(cm) Amplitud A=6 Cm Varía según tus medidas. -3 Sabemos que la frecuencia es de f=4 Hz Información inicial -6 Figura 25. Ejercicio de onda y(cm) 6 3 6cm λ=60 Cm. La longitud de onda se define como la distancia entre dos puntos sucesivos situados en la misma fase de un movimiento ondulatorio x(cm) 1 1 Periodo, T= = =0,25 s f 4-3 Velocidad v=λ f=60cm.4hz=240 cm s cm Figura 26. Gráfica señalando amplitud y longitud de onda La respuesta está dada en cm/s vamos a convertir a metros: 1cm = 0,01 m 240 cm= 2,40 m La respuesta de la velocidad sería: 2,40 m s Realiza el ejercicio propuesto basándose en el ejemplo expuesto por el docente. Una onda se propaga con una velocidad de 77,22 m/s y con una frecuencia de 90,82 Hz. Qué longitud de onda presenta dicha onda? Figura 27. Ondas en la superficie del agua SM_S_G08_U01_L01_M 19

20 Determina: La longitud de onda es: Actividad 5 Observa con atención el video de formación de olas en el mar Después de observar el video responde: Esta imagen corresponde a una formación de onda superficial u ola capilar, este fenómeno se debe a: Figura 28. Ondas superficiales SM_S_G08_U01_L01_M 20

21 En la imagen se observa una ola generada en la superficie y se denomina ola Figura 29. Olas en el mar Responde: por qué se forman las olas en el mar? Actividad 6 Estableciendo relación entre: longitud de onda, frecuencia y Velocidad de propagación a partir de experiencias prácticas Para realizar la actividad debes llevar los siguientes elementos: 1. Un puntero láser 2. Un vaso de vidrio transparente 3. Leche (unas gotas) 4. Un recipiente transparente Procedimiento 1: Realiza la actividad con dos compañeros. Tomen el vaso con agua, depositen unas gotas de leche, dirijan la luz del puntero láser desde una de las paredes del vaso, por debajo del nivel del agua, hacia arriba. Las gotas de leche en el vaso permiten observar el camino del haz luminoso a través del líquido, describan lo observado y dibújenlo. Figura 30. Experimento de reflexión SM_S_G08_U01_L01_M 21

22 Al fenómeno observado se le denomina reflexión cómo lo definen? Traza en el dibujo realizado los elementos que conforman el fenómeno de reflexión de onda. Al graficar tenemos: tres elementos fundamentales Rayo incidente Normal Rayo reflejado Rayo incidente Normal Rayo reflejado θ1 θ2 Figura 31. Gráfica del fenómeno de reflexión Procedimiento 2: Tomen el recipiente transparente con agua y ubícalo sobre un fondo blanco (para generar contraste). Interferencia constructiva Produciendo dos ondas circulares simultáneamente, (puede ser con tus dedos) observa puntos de interferencia constructiva Figura 32. Onda constructiva SM_S_G08_U01_L01_M 22

23 Interferencia destructiva Posteriormente realiza el mismo procedimiento del paso anterior, pero ahora produce dos ondas de anti- fase (no coinciden el valle y la cresta de cada onda) Figura 33. Onda destructiva Observen y respondan: Cómo podemos definir la interferencia constructiva? Cómo podemos definir la interferencia destructiva? Actividad 7 Comparte conocimientos Reúnete con dos compañeros y señalen a qué fenómeno ondulatorio corresponde Corresponde a: Corresponde a: Figura 34. Ondas Figura 35. Fenómenos ondulatorios SM_S_G08_U01_L01_M 23

24 Corresponde a: Corresponde a: Figura 36. Fenómenos ondulatorios Figura 37. Ondas en la superficie del agua Corresponde a: Corresponde a: Figura 38. Ondas Figura 39. Fenómeno ondulatorio de la luz SM_S_G08_U01_L01_M 24