apunte ondas y sonido (1)

7/31/2019 Apunte Ondas y Sonido (1)

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Prof: Claudio Arroyo CNM1

OndasIntroduccin

Los fenmenos ondulatorios tienen su origen en una vibracin. En un sentidoamplio, todo lo que va y viene, de un lado a otro y regresa, entra y sale,enciende y apaga, es fuerte y dbil, sube y baja, esta vibrando u oscilando. Estosvaivenes pueden tener una naturaleza distinta, pero poseen algunascaractersticas y comportamientos similares. Las ondas se pueden originar dedos maneras: a partir de la perturbacin de un medio material o a travs de lainteraccin de un campo elctrico con un campo magntico, claramente son dosformas bastante diferentes entre si, pero que tienen en comn?. Gran parte dela informacin que somos capaces de emitir o recibir esta empaquetada" enondas, el movimiento oscilatorio es una manifestacin de la energa, la cual setransmite en el espacio y el tiempo comportndose de acuerdo a ciertosfenmenos transversales a todo tipo de ondas, tales como la reflexin,refraccin, difraccin, absorcin, entre otros.

Onda

Es una perturbacin que viaja a travs de un medio elstico, ya sea slido,liquido, gaseoso o en algunos casos a travs del vaco. Transportan energa sinque exista desplazamiento de materia. Se Pueden clasificarse segn varioscriterios.

Clasificacin de las ondas

1. Segn el medio de propagacin

a) Ondas mecnicas: Son aquellas que necesitan de un medio elstico,material, que vibre. Se generan por perturbaciones mecnicas, como golpes. Unejemplo son las ondas de sonido.b) Ondas electromagnticas: Ondas que se propagan en el vaco, ya que nonecesitan de un medio material para hacerlo. Son generadas por la oscilacin delcampo elctrico y magntico, los que son inseparables. El campo elctrico ymagntico oscilan perpendicularmente a la direccin de propagacin de la onda,a su vez, los campos magntico y elctrico son perpendiculares entre s.

Otra caracterstica general de las ondas electromagnticas es la velocidad depropagacin, que en el vaci alcanza un valor de 300.000 Km/s, velocidad con lacual seriamos capaces de dar una vuelta a la Tierra en 20 milisegundos. Ejemplode estas son la luz y las ondas de radio.

2. Segn la periodicidad de la fuente que origina la onda

a) Ondas peridicas : La perturbacin que las origina se produceperidicamente, repitindose la misma onda en el tiempo.b) Ondas no peridicas : Tambin llamadas pulsos, son ondas que no serepiten de la misma forma en el tiempo, debido a que la perturbacin que lasorigina se da de forma aislada.

3. Segn el sentido de propagacin

a) Ondas estacionarias: Se origina de la superposicin de dos ondas, laincidente y la reflejada, que poseen la misma frecuencia, amplitud y direccin,pero con sentidos opuestos de propagacin. Las ondas estacionarias se

encuentran en medios limitados como un tubo lleno de aire, una cubeta de aguao una cuerda. En los lmites del medio de propagacin de la oscilacin se


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Prof: Claudio Arroyo CNM1produce la reflexin de la onda incidente, las que interfieren generando unanueva onda, la cual se denomina estacionaria debido a que posee puntos queestn inmviles o estacionarios los cuales son llamados nodos.

Nodos: Se llama nodo a todos los puntos de una onda estacionaria en donde laelongacin es nula, y por lo tanto la energa es mnima. La distancia entre dosnodos consecutivos es siempre / 2 .

Antinodos : Puntos de una onda estacionaria en donde la elongacin es mxima,por lo tanto, la energa es tambin lo es. Estn a media distancia entre dosnodos.

b) Ondas viajeras : Son aquellas que se propagan desde una fuente en unsentido nico, disminuyendo su amplitud a medida que pasa el tiempo.

4.- Segn la direccin de movimiento de las partculas

a) Ondas transversales: Son aquellas en donde las partculas del medio vibranperpendicularmente al movimiento de propagacin de la onda. Por ejemplo lasondas en el agua y las ondas electromagnticas como la luz.b) Ondas longitudinales: Son aquellas en donde las partculas del mediovibran en la misma direccin de la onda, por ejemplo el sonido y las ondasssmicas.

Caractersticas del movimiento ondulatorio

* CrestaPunto que ocupa la posicin ms alta en una onda.* VallePunto que ocupa la posicin ms baja en una onda.

* AmplitudDistancia medida desde el eje de simetra a la cresta o valle. En el caso de unaonda mecnica es la elongacin mxima que alcanza una partcula en medio deuna vibracin y es proporcional a la energa transmitida por la onda. Ladenotaremos con la letra A y su unidad de medida en el S.I. es el metro.

* Periodo Tiempo necesario para completar una oscilacin. Lo denotaremos con la letra T ysu unidad de medida en el S.I. es el segundo.

* Frecuencia


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Prof: Claudio Arroyo CNM1Numero de oscilaciones que realiza una onda por segundo. Su unidad de medidaen el S.I. es el Hertz [Hz], que es equivalente a [s -1]. Podemos calcular lafrecuencia f como sigue: f =1/T

Notar que entre mas grande sea el periodo T, mas pequeo ser la frecuencia f ysi el Periodo es muy pequeo, entonces la frecuencia es muy grande. Esto quieredecir que f y T son inversamente proporcionales.

* Longitud de ondaDistancia existente entre valle y valle o de cresta a cresta de una onda, tambinpodemos definirla como la distancia que recorre una onda en un periodo. Ladenotaremos con la letra griega lambda y su unidad de medida en el S.I. es elmetro.

* Velocidad de propagacin de una ondaComo , longitud de onda, es la distancia entre cresta y cresta, y T, periodo, esel tiempoque tarda en hacer una oscilacin completa, entonces la rapidez de una onda sepuede expresar de la siguiente manera:

Entonces

Dimensionalmente es [L] y f es [1=T ], lo que implica que v = [L/T], por lotanto, v est correcto en sus unidades de medida.

Ejercicios

1. La frecuencia de una onda longitudinal es de 25[Hz], entonces cual es superiodo?2. El periodo de una onda mecnica es de 5 [s], entonces cual es la frecuenciade la onda?3. Cual es el periodo y frecuencia del minutero de un reloj anlogo?4. Cual es el periodo de un pndulo que realiza 12 oscilaciones en 4 segundos?

5. Cual es la frecuencia del aspa de una hlice si se demora 5 segundos encompletar una vuelta?6. Si un computador tiene un procesador de 1.700[Hz], cada cuanto tiemporealiza un proceso?7. Las ondas de radio viajan a la rapidez de la luz, a 300.000 Km/s Cual es lalongitud de las ondas de radio que se recibe de la emisora 101.3 [MHz] en turadio FM?8. Cual es la velocidad de una onda que recorre 20[m] en 5[s]?9. En una cuerda se generan 120 ondas en 3 segundos, las cuales se desplazana 14 m/ sDetermine:a) Periodo

b) Frecuenciac) Longitud de onda

10. Un marinero en un bote observa que las crestas de las olas pasan por lacadena del ancla cada 5[s]. Estima que la distancia entre crestas es 15[m]. Cules la rapidez de las olas?11. Entre una cresta y un valle, contiguos de una onda en la superficie del mar,existe una distancia de 1,2[m]. En un minuto pasan junto a una boya 50 crestasde estas ondas, cul es la velocidad de las olas? Si frente a ti pasa un tren decarga, y cada vagn tiene 10[m] de longitud. Si ves que cada segundo pasanexactamente tres de estos vagones. Cul es la rapidez del tren?

Fenmenos ondulatorios


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* ReflexinEn general, es el rebote de una partcula u onda que choca con la separacinentre dos medios. Este fenmeno cumple con la Ley de reflexin.

Ley de reflexin

* El ngulo de incidencia es igual al ngulo de reflexin respecto a la normal,segmento perpendicular a la superficie en el punto de reflexin.

* Las direcciones de incidencia, reflexin y normal estn contenidas en un mismoplano. La naturaleza tiende a realizar procesos que minimicen la energa. En elcaso de la reflexin de una onda o partcula, esta busca recorrer el camino quemenos tiempo le tome.

Refraccin

Fenmeno que consiste en el cambio de direccin y velocidad de una onda,cuando esta pasa desde un medio de propagacin a otro con distinta densidad otemperatura. Durante este proceso siempre la frecuencia se mantieneconstante, no as la longitud de onda. La relacin matemtica que describe estefenmeno es conocida como Ley de refraccin.

Ley de refraccin

La relacin entre el seno del ngulo de incidencia y el seno del ngulo derefraccin, es igual a la razn entre la velocidad de la onda en el primer medio yla velocidad de la onda en el segundo medio de propagacin:

En general, los fenmenos de reflexin y refraccin no son excluyentes, semanifiestan simultneamente en la naturaleza.

Ejercicios


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Prof: Claudio Arroyo CNM11. Una onda de luz incide sobre un espejo con un ngulo igual a 35 respecto a lanormal, cul es el ngulo de reflexin del rayo?

2. Una onda sonora viaja por el aire con una velocidad aproximada de 340 m/s,al llegar a la superficie de una piscina parte del sonido se refracta, cambiando suvelocidad a 1.500 m/s. Cual es el ngulo de refraccin de la onda, si el deincidencia fue de 10 ?

3. Una onda pasa de un medio M1 a un medio M2. Se sabe que en el medio M2 lavelocidad de propagacin de la onda disminuye a la mitad de la que llevaba enel medio M1. Si al cambiar de medio la onda se desva 20 respecto de la normal,en que ngulo se reflej?

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