Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común. Ondas I

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Marcos Jiménez Segura
hace 7 años
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Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común Guía 9 Ondas I Nombre: Fecha Onda Es una perturbación que viaja a través del espacio o en un medio elástico, transportando

1 Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Común Guía 9 Ondas I Nombre: Fecha Onda Es una perturbación que viaja a través del espacio o en un medio elástico, transportando energía sin que haya desplazamiento de masa. Clasificación I. De acuerdo con el medio de propagación: Mecánicas: ondas que requieren para desplazarse de un medio elástico. Electromagnéticas: ondas que se pueden propagar en el vacío y en un medio elástico. II. De acuerdo con el número de oscilaciones: Pulso o Pertubación: es aquel en el cual cada partícula del medio permanece en reposo hasta que llega el impulso, realiza una oscilación con Movimiento Armónico Simple (MAS) y después permanece en reposo. MAS: es un tipo de movimiento en el que las partículas del medio oscilan enre dos posiciones espaciales durante un tiempo indefinio sin perder energía mecánica. Ondas Periódicas: son aquellas en las cuales las partículas del medio tienen un movimiento periódico, debido a que la fuente perturbadora vibra continuamente.

2 III. De acuerdo con la dirección de propagación Ondas Longitudinales: se caracterizan porque las partículas del medio vibran en la misma dirección de la onda. Ondas transversales: Son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. IV. De acuerdo con el número de dimensiones en que se propagan Unidimensionales: se propagan en una dimensión. Bidimensionales: se propagan en dos dimensiones. Tridimensionales: se propagan en tres dimensiones. Características del Movimiento Ondulatorio Amplitud (A): máxima separación de un punto del medio respecto a su posición de equilibrio. Periódo (T): tiempo que demora un punto del medio en repetir una oscilación completa. Frecuencia (f): es el cociente entre el número de ciclos y la unidad de tiempo f = 1/T. Longitud de onda (λ): distancia existente entre valle y valle o cresta y cresta de una onda. La distancia recorrida en un periódo es una longitud de onda. Velocidad de propagación (v): mide la rapidez de la propagación de la onda. Su valor numérico depende de las propiedades del medio. v = λ f ó v = λ T. Fenómenos Ondulatorios Reflexión: es el fenómeno que se presenta cuando la onda choca contra un obstáculo. Se manifiesta un cambio en la dirección de la onda, ver Fig 1(a). Ley de Reflexión a) El ángulo de incidencia mide lo mismo que el ángulo de reflexión (θ i = θ r ) b) Las direcciones de incidencia, reflexión y la normal están todas en un mismo plano Refracción: es el fenómeno ondulatorio que se presenta cuando la onda cambia de medio de propagación. En este fenómeno la onda cambia de velocidad y longitud de onda, pero su frencuencia permanece constante, ver Fig. 1(b).

$(a) Reflexión (b) Refracción (c) Difracción Figura 1: Difracción: Es el fenómeno ondulatorio que se presenta cuando la onda pasa a través de un orificio de tamaño menos que la longitud de onda o pasa$

3 (a) Reflexión (b) Refracción (c) Difracción Figura 1: Difracción: Es el fenómeno ondulatorio que se presenta cuando la onda pasa a través de un orificio de tamaño menos que la longitud de onda o pasa cerca de un obstáculo. Se manifiesta porque la onda se curva al pasar por la abertura y rodea el obstáculo, ver Fig. 1(c). Interferencia: es el fenómeno ondulatorio que se presenta cuando en un punto incide más de una onda. Se manifiesta porque en dicho punto, la elongación de la onda es la suma algebraica de las elongaciones de las ondas oncidentes. (a) dos ondas en fase (b) dos ondas en desfase Figura 2: Interferencia de ondas. Polarización: es el fenómeno ondulatorio que se presenta en las ondas transversales, y que consiste en reducir todos los planos de vibración de la onda a uno solo. Ondas estacionarias La superposición de dos ondas de la misma frecuencia, la misma amplitud y que se propagan en la misma dirección, pero en sentido opuesto, origina una onda estacionaria. Estas ondas se pueden generar en distintos medios como cuerdas y columnas de aire.

Nodos: Se llaman nodos a todos los puntos de una onda estacionaria tales que el desplazamiento de estas partículas del medio ubicadas en esos puntos es nulo.

4 Nodos: Se llaman nodos a todos los puntos de una onda estacionaria tales que el desplazamiento de estas partículas del medio ubicadas en esos puntos es nulo. La distancia entre dos nodos consecutivos es igual a media longitud de onda. Cuerda Vibrante Consideremos una cuerda fija por ambos extremos y un dispotivo externo que la hace vibrar. Un tren continuo de ondas se refleja en los extremos y se producen ondas estacionarias en la cuerda con dos nodos obligatorios en los extremos, y cualquier número de nodos entre ellos. El largo L de la cuerda, en función de n es Figura 3: Armónicos; (a) n = 0, (b) n = 1, (c) n = 2, (d) n = 3 L = λ 2, 2λ 2, 3λ 2,..., nλ 2 con n = 1, 2, 3,... luego la longitud de onda será λ = 2L, 2 L 2, 2L 3,..., 2L con n = 1, 2, 3,... n y puesto que f = 1/T, las frecuencias naturales que tendrá la cuerda serán: f = v 2L, 2 v 2L, 3 v 2L,..., n v con n = 1, 2, 3,... 2L y como en una cuerda la velocidad de la onda es v = T/µ, donde T es la tensión en la cuerda y µ de la densidad lineal de masa (cociente entre masa de la cuerda y su longitud), deducimos que las frecuencias de una cuerda son: f = n T 2L µ, con µ = m en donde m = masa y L = longitud L Cuando n = 1, tenemos la frecuencia mas baja y la denominamos frecuencia fundamental o primer armónico, para n = 2 se habla de segundo armónico y así sucesivamente.

5 Ejercicios 1) Cuando una onda I) se refleja cambia su rapidez. II) III) se refracta cambia su frecuencia. se difracta cambia su longitud de onda. Es(son) correcta(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) Ninguna de ellas. 2) En el párrafo siguiente: Cuando una onda longitudinal entra desde el aire al agua se convierte en una onda transversal y su periodo también cambia, si esta onda vuelve a salir al aire mantendrá su velocidad pero su frecuencia se verá alterada. La cantidad de errores cometidos en las afirmaciones que se hacen en el párrafo es igual a A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 3) Una onda tarda 20 s en ir desde el punto A hasta el punto B, y en ese trayecto hubo 10 ciclos, entonces es correcto afirmar para esta onda que A) su longitud de onda mide 0, 5 m. B) su frecuencia es de 20 Hz. C) su periodo es de 2 s. D) su velocidad es 10 m/s. E) su longitud de onda mide 2 m. 4) El pie de una joven golpea periódicamente el agua de una piscina, respecto de las ondas generadas es correcto afirmar que A) su amplitud es igual a la distancia entre dos valles. B) su longitud de onda es el doble de su amplitud. C) su amplitud es la distancia entre un valle y un monte. D) mientras mayor sea su frecuencia, menor será su longitud de onda. E) la frecuencia de ellas es directamente proporcional a la longitud de onda.

6 5) Una persona golpea con una varilla el agua de un estanque, de tal forma que ocurren 10 golpes en 5 s. Las ondas producidas viajan a 1, 5 m/s, entonces la longitud de onda de estas perturbaciones en el agua mide A) 0, 50 m B) 0, 75 m C) 1, 33 m D) 1, 50 m E) 2, 00 m 6) Un pulso está viajando hacia la derecha de la figura, el medio en el cual viaja es una cuerda de distinto grosor. El pulso avanza por el lado menos denso de la cuerda y al llegar al lado más grueso de ella, es correcto decir que el pulso A) sólo se reflejará. B) sólo se transmitirá. C) si se refleja no invertirá su fase. D) se transmitirá una parte y la otra se reflejará E) desparece. 7) La onda de la figura tarda cuatro segundos en ir desde X hasta el punto Y, entonces la velocidad de la onda es A) 5 m/s B) 10 m/s C) 15 m/s D) 20 m/s E) 40 m/s 8) Una onda viaja desde el medio 1 hasta el medio 2, su longitud de onda en el medio 1 es λ 1 y en el medio 2 es λ 2, sabiendo que la velocidad en el medio 1 es v 1, entonces la frecuencia de la onda en el medio 2 es A) λ 2 v 2 B) v 1 /λ 1 C) λ 1 v 2 D) λ 2 v 1 E) v 1 λ 1 /λ 2

7 9) Una onda viaja a través de una cuerda de densidad d y cuya tensión es T. Si se logra duplicar la tensión y disminuir la densidad a la mitad, al mismo tiempo, entonces la velocidad de la onda A) sigue igual. B) se duplica. C) disminuye a la mitad. D) disminuye a la cuarta parte. E) se cuadruplica. 10) Las figuras I, II, III y IV corresponden a ondas estacionarias. Respecto a las figuras mostradas es correcto que 11) Respecto de las ondas es incorrecto que una A) onda propagándose en un resorte es unidimensional. B) onda sonora es una onda tridimensional. C) onda de luz es una onda tridimensional D) piedra al caer a un estanque genera una onda bidimencional E) propagándose en una cuerda delgada es una onda bidimensional. 12) En una onda longitudinal el fenómeno físico que no se cumple es A) reflexión. B) refracción. C) interferencia. D) difracción. E) polarización. 13) La velocidad de las ondas en una cuerda vibrante es 100 m/s. Cuál es la longitud de la cuerda cuando su frecuencia fundamental es 50 Hz? A) 0, 5 m B) 1 m C) 2 m D) 3 m E) 4 m

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