Física Unidad 4. La luzActividad 2- Practica 1Descripción y modelado del movimiento ondulatorio

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Actividad 2. Práctica 1. Descripción y modelado del movimiento ondulatorio.

Realiza la primera práctica de la unidad.1. Descarga y guarda el Cuaderno de Prácticas de la unidad 4, lo utilizarás para realizar

todas las prácticas que corresponden a la unidad.2. Lee las instrucciones de la práctica 1 y realiza lo que se te solicita.3. Envía tu reporte de la práctica a tu Facilitador(a) mediante la sección de tareas con el

nombre FIS_U4_P1_XXYZ. Sustituye las XX por las dos primeras letras de tu primer nombre, la Y por la inicial de tu apellido paterno y la Z por la inicial de tu apellido materno.

*Recuerda que tu documento no deberá pesar más de 4 MB.

Da clic en el icono para descargar el documento Cuaderno de prácticas.

Para subir el documento: En la ruta (parte superior izquierda del aula) da clic en Física. Se enlistarán las actividades, da clic en Actividad 2. Práctica 1. Descripción y modelado del movimiento ondulatorio.

Práctica 1. Descripción y modelado del movimiento ondulatorio.1. Descarga el video mas.avi que se encuentra en el Aula. 2. Utiliza el constructor de modelos de Tracker y describe la posición del balín en términos

del tiempo. Considera lo siguiente: a. Marca un punto en el balín. La descripción del movimiento será la relativa a este

punto. b. Usa tu escala adecuadamente para obtener los valores de las posiciones en

metros. c. En una tabla, anota los valores de las posiciones en y Una gráfica de los valores

de las posiciones te dará la trayectoria del balín d. Obtén la ecuación de movimiento y los parámetros que caracterizan físicamente a

la onda. e. Modela el movimiento de una partícula con las características de la onda

obtenidas en la descripción del movimiento. f. Explica cuáles serían las características de una onda para ser transmitida desde

un satélite artificial a algún lugar en la Tierra. 3. Reporta tu práctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada. 4. Envía tu práctica al Facilitador(a) mediante la sección de Tareas. Espera la

retroalimentación en los siguientes días.

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Movimiento ondulatorio.Se le llama onda al proceso, por medio del cual una perturbación se propaga con un límite de velocidad de un punto a otro en un espacio, sin que se presente algún transporte de materia. Esto es conocido como movimiento ondulatorio y se puede medir por medio de la frecuencia, o sea, por el número de ciclos u oscilaciones que presenta por segundo, la medida es el Hertz (Hz), equivalente a un ciclo por segundo.

Todas las ondas presentan un comportamiento parecido, el sonido es un ejemplo de onda, que se puede propagar solamente por medio de un soporte que haga la perturbación; algunas ondas necesitan de un medio material para que se produzca la perturbación, se les llaman ondas mecánicas, como las ondas que se propagan en la superficie del agua, las producidas por una cuerda de guitarra, estas ondas pertenecen a compresiones, o deformaciones y a perturbaciones en el medio en el que se propagan; también existen ondas que se pueden propagar aun sin presencia del medio material, o sea, en el vacío, esta son conocidas como ondas electromagnéticas, se encuentran contempladas en esta categoría a las ondas luminosas.

A pesar de esta diferencia, hay características que son comunes y se encuentran presentes en todas las ondas, no importando su medio de propagación, y en grupo definen al comportamiento ondulatorio.

Su propiedad fundamental, es que no necesariamente debe transportar materia de un punto a otro, desplazándose poco de su posición de equilibrio, lo que nos da una idea general de que la perturbación se transmite de unas a otras, por lo que se cree que el movimiento ondulatorio es un transporte de energía y una cantidad de movimiento.

El movimiento ondulatorio siempre tiene una causa, cuando una sola perturbación se propaga recibe el nombre de pulso, una forma de clasificar las ondas es por la dirección del movimiento de vibración que presentan, la propagación de la onda es en un sentido pero la vibración es perpendicular a este; por ello a estas ondas se les nombre “ondas transversales”.

El campo eléctrico es perpendicular al campo magnético

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Pulso

La distancia, el tiempo, la velocidad y la rapidez, son fundamentales para entender el movimiento ondulatorio, a las partes más altas de la onda se les conoce como crestas y a las más bajas como valles, la altura que alcanza una cresta depende de que tan intensa es la perturbación inicial y se le conoce como amplitud de la onda, y a la distancia entres dos crestas o valles, de forma consecutiva, se les llama longitud de onda; al tiempo que tarda una completa en pasar de un punto fijo se le llama periodo (T), otra de las variables relacionada con el movimiento que presenta una onda es la frecuencia (f) y la unidad para medir la frecuencia se le llama hertz (Hz), todo esto es representado de la siguiente manera:

v = f λ v = velocidad

f = 1 . λ = longitud de onda T f = frecuencia

La luz y el sonido presentan un comportamiento muy similar a las ondas en el agua, el sonido en forma individual presenta una onda longitudinal, a la que se conoce cuando un objeto vibra (si el movimiento es lento se le conoce como oscilatorio y si es rápido, como vibratorio.

La luz es como un tipo de onda electromagnética y se produce cuando algunos objetos emiten una energía suficiente; la luz llega a nuestros ojos y estos convierten a las ondas en impulsos eléctricos que llegan al cerebro mediante el nervio óptico, en el oído humano se percibe como sonido de vibraciones a una frecuencia de 20 a 20,000 Hz., para que estas ondas de sonido lleguen desde la fuente que las genero, es necesario un medio que permita la propagación de las ondas, el tono nos permite la distinción de sonidos graves (frecuencia de vibración baja) y agudos (frecuencia de vibración alta).

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Otra característica que se toma como alta o baja, para que percibamos un sonido, y que está relacionada con la amplitud de onda, lo que nos permite que distingamos un sonido emitido de diferentes fuentes, es el llamado timbre, ahora les presento las medidas de la velocidad del sonido medido en distintos medios:

En el aire 340 m/sEn el agua 1,438 m/sEn el acero 5,200 m/sEn el aluminio 6,400 m/s

Así es como se ha determinado que la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos, y en estos es mayor en los gases, así se puede decir que cuando una onda inicia sobre la superficie de un medio que es distinto a aquel en que se propaga, este fenómeno es conocido como reflexión.

Pero ¿qué tiene que ver toda esta última información con describir y modelar el movimiento ondulatorio? bueno quise poner esta información para decir que la forma del pulso no cambia con el tiempo, respecto a un método de referencia inercial, la curva f(x) se moverá con una velocidad de propagación del pulso, esto quiere decir que matemáticamente un pulso, que se desplaza hacia la derecha se representara con la función:

y = f(x – vt)

Y si se desplaza a la izquierda:

y = f(x + vt)

Esto es para llegar al punto de hacer notar que la velocidad de propagación de una onda no debe llegar a confundirse con la velocidad con la que llegan a vibrar las partículas en un medio.

Las ondas se llegan a clasificar según la dirección que toman los desplazamientos de las partículas en la dirección del movimiento que tiene la misma onda; si la vibración es de forma paralela en la dirección que tiene la propagación, se le llama onda longitudinal, a la onda que se propaga a lo largo de una cuerda tensa y cuando se produce una perturbación, se le llama onda transversal; estas pueden ser mecánicas o electromagnéticas, como la luz.

Modelo teórico

Para la representación de una propiedad física se utiliza el símbolo , si se da el desplazamiento de un punto a otro, se satisface la ecuación diferencial:

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Con esta función se describe el movimiento ondulatorio en la dirección de y, con velocidad v, esta es una solución a la ecuación diferencial:

(y,y) = Asen(ky – ω + Ø)

Así es como a la cantidad k se le llama constante de propagación y se utiliza la medida en metros-1, ω es la frecuencia angular y se mide en radianes/segundo, se deben tener otras relaciones que pueden ser útiles, como:

|k|= 2π . λ

ω = 2πf = 2 π . T

Desarrollo:Dentro del aula descargue el video llamado mas.avi de la siguiente liga http://207.249.20.103/LT20133/mod/resource/view.php?id=2416, que viene comprimido mediante el programa zip, lo descomprimí y encuentro un fichero tipo avi de nombre mas, el cual lo puedo ver mediante el programa de Easy Java Simulations y luego llevar a cabo la construcción del modelo para describir la posición del balín, en términos del tiempo, mediante el programa de Tracker.

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Ahora pongo mi vara de calibración y la dejo en centímetros y también mis ejes de coordenadas.

Se realiza una marca en el balín, mediante la barra de herramientas crear – masa puntual.

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En una tabla, apunte los valores de las posiciones en “y”, y realice una gráfica de los valores de estas posiciones que me dio la trayectoria del balín, para esto solo anote los valore que se nos piden en “y”, como se pide en este punto de la actividad.

Después de lo anterior, ahora voy a obtener la ecuación del movimiento y los parámetros que caracterizan físicamente a la onda.

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También voy a modelar el movimiento de una partícula con las características de la onda, que obtuve en la descripción del movimiento anterior.

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Esto es lo que, en base a como desarrolle la primera práctica anterior, represento los datos que me fueron dados al modelar el movimiento de una partícula con las características de la onda, que obtuvimos en la descripción del movimiento arriba desarrollado, espero estar bien, pues lo que es cada uno de los programas Easy Java Simulation y Tracker, tienen su chiste el aprender a usarlos, pero como vi hasta este punto, si no los practica y repasa uno, se pueden olvidar, lo bueno es que regrese sobre mis pasos, leí mis actividades anteriores y volví a recordar cómo desarrollar esta actividad.

Y por último, voy a explicar cuáles serían las características de una onda para ser transmitida desde un satélite artificial a algún lugar en la tierra, aquí retomare las evidencias de aprendizaje de las unidades 2 y 3, para realizar mi actividad.

La utilización de un satélite artificial para trasmitir una onda, es que utiliza una tecnología adecuada para trasmitir señales en un ancho de banda muy grande, así es como se pueden comunicar dos estaciones terrenas, las cuales se encuentran separadas a gran distancia, o en zonas inaccesibles, teniendo, de esta forma, una cobertura muy extensa, e incluso, se puede comunicar a estaciones móviles, las cuales pueden ir dentro de un barco, ferrocarril, avión, submarino, etc., también quiero mencionar que en i investigación encontré que hay algún tipo de satélite artificial con la característica de actuar como repetidor, consiguiéndose establecer una comunicación entre dos estaciones en la tierra en diferentes partes del mundo, para lograrse la comunicación global, se utilizan 3 satélites artificiales, situados a 120 grados sobre una órbita geoestacionaria, permitiendo la comunicación global.

Por lo anterior, voy a mencionar que la onda electro magnética, se compone de un elemento eléctrico y otro magnético, los cuales se ven afectados por fenómenos naturales que ocurren en la tierra y algunos del espacio exterior, que interfieren y llegan a modificar el patrón de propagación de las ondas, para que la comunicación se dé mediante un satélite a un punto de la tierra, se deben buscar las condiciones de propagación y frecuencia que sean más adecuadas para la comunicación, los fenómenos que mencionamos son los de reflexión, refracción, dispersión y difracción, de suma importancia, sobre todo para la comunicación inalámbrica, las ondas electromagnéticas pueden cruzar el vacio a una velocidad parecida a la de la luz y en la atmosfera terrestre la velocidad se llega a reducir significativamente.

Por lo anteriormente expuesto, el mejor tipo de propagación para la onda que utilizaremos para enviar al satélite de comunicación con algún punto de la tierra, será la “Onda de Reflexión”, este tipo de onda atraviesa por las diversas capas que componen la atmosfera terrestre; para mayor información mencionare que, dentro de toda la investigación que lleve al respecto, pude encontrar que hay dos tipos de reflexividad, una es la propagación por reflexión en la superficie de la luna, siendo usado el satélite natural como un reflector, por lo que es necesario que la luna se pueda ver entre dos puntos (estaciones terrestres), una que trasmite y otra que recibe, y la utilización de frecuencias dentro del rango VHF de las siglas en ingles de Very High Frequency (Muy Alta Frecuencia) y UHF de las siglas del inglés Ultra High Frequency (frecuencia ultra alta) que pueden cruzar la atmosfera terrestre.

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Propagación de onda por reflexión en la superficie de la luna

La otra forma de propagación es utilizada por los satélites artificiales, que actúan como reflectores, de la misma manera que la primeramente mencionada, en la actualidad se utilizan dos tipos de satélites artificiales, pasivos y activos, los pasivos están alrededor de la tierra y funcionan como espejos para reflejar las ondas y devolviéndolas a la tierra, los otros hacen lo mismo, solamente que amplifican la onda para mandarla de regreso a la tierra.

Propagación de onda por reflexión por medio de un satélite artificial

Las frecuencias que se utilizan en los sistemas de satélites son de 1GHz a 30GHz, esto me recuerda cuando en la película de “El día de la independencia”, los “invasores” se apoderan de los satélites artificiales y la comunicación en diferentes puntos de la tierra se utilizan este tipo de comunicaciones, por reflexión en el satélite natural, ahora entiendo en que se basaron para utilizar este plan de comunicaciones para aplicarla en esta película.

Comunicación de radio por medio de la banda UHF

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Conclusiones:

El desarrollo de esta actividad en relación al movimiento ondulatorio, me ha permitido incursionar en la forma en la que se propagan las ondas, mecánicas o electromagnéticas, que se aplicaron al modelo de comunicaciones del satélite, y permitiéndome clasificar sus características como la velocidad, el periodo, la amplitud, la frecuencia y la longitud, llegando a comprender la diferencia entre una onda longitudinal contra una onda transversal, las características que ambas presentan, su desplazamiento en diferentes elementos, aire, agua, metal, y, lo que nos importo principalmente, su propagación en el vacío, se tomaron en cuenta los fenómenos naturales y cósmicos que pueden afectar la propagación de estas ondas y como, utilizando ecuaciones matemáticas, podemos darle una solución a estas interferencias para que se den las comunicaciones satélite-estación terrestre, en un marco de seguridad y confiabilidad, teniendo un óptimo aprovechamiento, en especial, con la trasmisión de ondas por reflexión.

La utilización de los programas EJS y Tracker, principalmente este, para modelar el movimiento ondulatorio, tomando como base un video de un balín, sujeto con un resorte, que representa la forma de subir y bajar, que me permitió marcar los puntos de referencia con apoyo de las herramientas del programa, para medir el tiempo en los vectores x o y, me han permitido darme una idea general y adquirir el conocimiento que se fue enriqueciendo con las investigaciones de los diferentes conceptos que se manejaron y la ayuda visual, imágenes, para ejemplificar el desarrollo de esta práctica, es de invaluable valor y enseñanza en mi formación profesional como ingeniero en Logística y Transporte.

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confirmados-para-el-dia-de-la-independencia-2/On digital magazine, elementos vlave, integración perfecta, cualquier configuración.- Tomada

de http://www.ondigitalmagazine.com/wp-content/uploads/2013/11/logistica.jpg