Clase Nº 2 PSU Ciencias: Física. Ondas I - Conceptos. Profesor: Cristian Orcaistegui.

Transcripción

1 Clase Nº 2 PSU Ciencias: Física Ondas I - Conceptos Profesor: Cristian Orcaistegui c.orcaisteguiv@gmail.com

2 Ondas 1. Oscilaciones Se dice que una partícula o cuerpo está oscilando cuando efectúa un movimiento de vaivén (ida y vuelta) en torno a una posición de equilibrio.

3 Ondas 2. Ondas Una onda es una perturbación que se propaga a lo largo de un medio mediante la oscilación ligada a las partículas que lo constituyen. Son portadoras de energía, pero no de materia.

4 Ondas: clasificación Ondas Se clasifican según Medio propagación Número oscilaciones Dirección propagación Dimensión vibración

5 Ondas: clasificación Ondas Medio propagación Mecánicas Electromagnéticas

6 Ondas: clasificación Mecánicas: ondas que requieren para desplazarse de un medio elástico. Ejemplo: Ondas en el agua, sonido, ondas sísmicas. Electromagnéticas: Son ondas en que lo que oscila es el campo eléctrico y magnético por lo que se pueden propagar en el vacío y en un medio elástico. Ejemplo: Ondas de radio, luz, rayos X, UV, infrarrojo

7 Ondas: clasificación Ondas Número de oscilaciones Pulso o perturbación Ondas periódicas

8 Ondas: clasificación Pulso o Perturbación: Es aquel en el cual cada partícula del medio permanece en reposo hasta que llega el impulso, realiza una oscilación con Movimiento Armónico Simple (M.A.S) y después permanece en reposo. Ondas Periódicas: Son aquellas en las cuales las partículas del medio tienen movimiento periódico, debido a que la fuente perturbadora vibra continuamente.

9 Ondas: clasificación Ondas Dirección propagación Transversales Longitudinales

10 Ondas: clasificación Ondas Transversales: Son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

11 Ondas: clasificación Ondas Longitudinales: Se caracterizan porque las partículas del medio vibran en la misma dirección de la onda.

12 Ondas: clasificación Ondas Longitudinales: se mueven hacia adelante y hacia atrás por acción de compresiones y expansiones sucesivas.

13 Ondas: clasificación Ondas Dimensión en que se propaga Unidimensionales Bidimensionales Tridimensionales

14 Ondas: clasificación Unidimensionales: se propagan en una dirección única (en una dimensión).

15 Ondas: clasificación Bidimensionales o superficiales: se propagan en dos dimensiones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.

16 Tridimensionales o esféricas: se propagan en tres dimensiones. Ej. sonido Ondas: clasificación

17 Ondas: clasificación Ondas Sentido de propagación Estacionaria Viajeras

18 Ondas: clasificación Las ondas estacionarias se producen a partir de dos ondas viajeras que se propagan en sentidos contrarios. Estas se combinarán en forma precisa, dando origen a una onda aparentemente estática con lugares de vibración nula, llamados nodos y lugares de vibración máxima (amplitud), llamados antinodos.

19 Ondas estacionarias Ondas: clasificación

20 Ondas: clasificación Las ondas viajeras La propagación de la onda se realiza en un sentido único. Las ondas viajeras se expanden libremente en todas direcciones llegando a recorrer grandes distancias. Ejemplos: las ondas de TV que emite la antena de un canal se propagan desde la antena emisora de radio o TV hasta las casas de nuestra ciudad o país.

21 Representación gráfica de una onda Como ya se describió, una onda es una perturbación que se propaga a lo largo un medio a través del tiempo. Consecuentemente, el análisis de la propagación puede efectuarse considerando separadamente ambas variables: posición o tiempo, respecto a la elongación.

22 Representación gráfica de una onda Si cada partícula está oscilando armónicamente, entonces esta foto mostrará un perfil sinusoidal como el mostrado a continuación (suponiendo una onda transversal):

23 Características del mov. ondulatorio Amplitud (A): máxima separación de un punto del medio respecto de su posición de equilibrio. Periodo (T): tiempo que demora un punto del medio en repetir una oscilación completa. Frecuencia (f): es el cociente entre el número de ciclos por unidad de tiempo. f = 1 T [ Hz]

24 Características del mov. ondulatorio Recordar que: 1 Hz = 1 osc s = 1 vibración s = 1 rev s = 1 rps = s 1 Si la frecuencia es muy alta se puede expresar en múltiplos del Hertz: KiloHertz [KHz], MegaHertz [MHz], GigaHertz [GHz], etc. 1 [GHz] = 10 9 [Hz] 1 [MHz] = 10 6 [Hz] 1 [KHz] = 10 3 [Hz] 1 [Hz] = 1/s

25 Características del mov. ondulatorio Longitud de onda (λ): distancia existente entre valle y valle o cresta y cresta de una onda. La distancia recorrida en un periodo es una longitud de onda. Longitud de onda pequeña, alta frecuencia Longitud de onda grande, baja frecuencia

26 Características del mov. ondulatorio Velocidad de propagación (v): mide la rapidez de la propagación de la onda. Su valor numérico depende de las propiedades del medio. v = λ T = λ f

27 Características del mov. ondulatorio Crestas y valles: los puntos más elevados verticalmente hacia arriba de la posición de equilibrio corresponden a las crestas o montes de la onda senoidal mientras que los más bajos se denominan valles. Elongación: posición de la partícula con respecto a la posición de equilibrio. Puede ser positiva o negativa, según el sentido escogido como positivo.

28 Características del mov. ondulatorio

29 Fenómenos ondulatorios a) Reflexión: se presenta cuando la onda choca contra un obstáculo. Se manifiesta con un cambio de dirección de la onda. El ángulo de la incidencia mide lo mismo que el ángulo de reflexión.

30 Fenómenos ondulatorios b) Refracción: se presenta cuando la onda cambia de medio de propagación. En este fenómeno la onda cambia de velocidad y longitud de onda, pero su frecuencia permanece constante.

31 Fenómenos ondulatorios c) Transmisión: Cuando una onda pasa de un medio a otro, parte de esta se devuelve (reflexión) y otra parte pasa al nuevo medio (transmisión). En este proceso no hay pérdida de energía, ya que la suma de la energía de la onda reflejada y la transmitida es equivalente a la energía de la onda incidente. A r + A t = A i A: amplitud de onda; r: reflejada; t: transmitida; i: incidente.

32 Fenómenos ondulatorios c) Transmisión: Cuando una onda pasa de un medio a otro, parte de esta se devuelve (reflexión) y otra parte pasa al nuevo medio (transmisión). En la transmisión, la onda mantiene su frecuencia, variando su longitud de onda, lo que hace que se modifique su rapidez de propagación (v = λ f)

33 Fenómenos ondulatorios NOTA: La rapidez de propagación, además, depende de la temperatura y la densidad del medio. A mayor es la temperatura del medio, mayor es la rapidez de propagación del sonido. A mayor densidad del medio mayor rapidez de propagación. En verano, el sonido se propaga más rápido que en invierno. En el agua el sonido se propaga mucho más rápido que en el aire.

34 Fenómenos ondulatorios d) Difracción: se presenta cuando la onda pasa a través de un orificio u obstáculo cuyas dimensiones sean del orden de la longitud de onda. En este caso el orificio o el objeto, se comportará como fuente emisora de onda, es decir, como si las ondas se originaran en dicho punto.

35 Fenómenos ondulatorios e) Interferencia: 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 incidentes.

36 Fenómenos ondulatorios Interferencia constructiva

37 Fenómenos ondulatorios Interferencia constructiva y destructiva Cuando las dos ondas grises están en fase el resultado es la amplitud máxima; cuando están fuera de fase se neutralizan y la amplitud es cero.

38 Fenómenos ondulatorios f) Polarización: Es el fenómeno ondulatorio que se presenta en las ondas transversales (como la luz), y que consiste en reducir todos los planos de vibración de la onda a uno solo.

39 Tarea 1. Qué es el sonido? cuales son los tres elementos necesarios para la existencia del sonido? 2. Defina Tono, Timbre e Intensidad 3. Qué es el efecto Doppler, dé un ejemplo. 4. Por qué nos escuchamos diferente en las grabaciones?

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