introducción · el sonido nos permite comunicarnos, y disfrutar de la música y el canto de las...

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IntroducciónLee 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)

¿Qué otra aplicación conoces que utilice el fenómeno ondulatorio?

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Figura 1. Ondas en la naturaleza

¿DÓNDE ESTAMOS UBICADOS EN EL TIEMPO Y EN EL ESPACIO?

¿Por qué se producen las olas en el mar?

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Objetivos de aprendizajeExplicar 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 rocaIlustra la variación del nivel del agua cuando es impactada por una rocaIdentifica la amplitud, longitud de onda, período, frecuencia y rapidez de propagación de una ondaEstablece relaciones entre longitud de onda, frecuencia y rapidez de propagación, a partir de experiencias prácticasComprueba fenómenos de reflexión de ondas en una cubeta de aguaVerifica fenómenos de interferencia entre ondas generadas en una cubeta de agua. Explica el comportamiento utilizando esquemas

Figura 2. Recipiente transparente

Actividad 1Comportamiento de una onda en la superficie del agua

Actividad experimentalDebes 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) (figura 2)

Con el gotero se deja caer una gota de agua.

El estudiante observa y registra lo que sucede en la superficie del agua.

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Un pequeño objeto que oscila en el aguaPosteriormente se ubica el pedazo de corcho en el recipiente con agua. (figura 3)

Se deben producir ondas circulares, dejando caer gotas de agua (con un gotero)Observa y registra:

¿Qué sucede con el corcho? ___________________________________________________________________________________________________

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Ahora tomemos dos lápices y de manera simultánea con la ayuda de dos compañeros generemos dos ondas circulares. (figura 5)

Figura 3. Corcho

Figura 5. Superposición de onda

Figura 4. Recipiente con líquido

Superposición de ondas transversales

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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.

¿Por qué este fenómeno recibe el nombre de superposición de ondas transversales?

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Guía De Observación De VideosObjetivo:Nombre del estudiante:Nombre del docenteNombre del video

El estudiante realiza una ilustración con cada fenómeno ondulatorio que observe

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Actividad 2Variación 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

ProcedimientoReúnete con dos compañeros y realicen el siguiente procedimiento:

Figura 6. Vaso con líquido Figura 7. Marcador, regla y vaso con líquido

con el marcador y la regla traza la altura del agua en el vaso (figura 7). Registra el dato:___________________

Toma el vaso y llénalo de agua hasta la mitad así:

6

Figura 8. Vaso con la canica

Figura 10. Procedimiento para medir la longitud de circunferencia de la canica

Figura 9. Medida de la altura del agua en el vaso

Vamos a determinar el volumen de la canica

Si tomamos la canica y medimos la longitud de la circunferencia con la lana (Figura 10), así:

Ahora toma la medida de la altura del líquido después de echar la canica (Figura 9).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?

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Ahora introduce en el vaso una canica (Figura 8).

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Ahora la fórmula para hallar el volumen de la esfera es

V= ∙π∙r3

Realiza los cálculos y registra el resultado: ____________________________________

Conociendo la densidad del vidrio es 2,5 kg ⁄ cm3 y el volumen de la canica. Determinemos la masa.

m=d∙V

Realiza el cálculo en la fórmula de masa y registra ________________________

Al tener el dato de la masa esta se multiplica por la gravedad 980 expresada en centímetros y se obtienen el peso:

_______________________expresado en Newton

Ahora vamos a medir el trozo de lana (figura 11).

Figura 11. 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?:

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Despejamos el radio (r) de la fórmula y quedaría:

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L

4

=r

cm

2∙π

3

s2

¿Cómo plantearías la fórmula del empuje a partir de lo que conoces del tema?

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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 12)

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.


Se crea un vacío

El agua desalojada asciende por encima del nivel que tenia en repso

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 (figura 13, 14, 15)

Fuerza de empuje

Figura 13. Fuerza y empuje

2

1

9

A este peso más pequeño se le llama peso aparente. Siempre es menor que en la superficie, y es debido al empujeSe cumple entonces que:

waparente= wsuperficie - FEmpuje

PresionPresion

Empuje

Peso

Figura 14. Presión ejercida en el objeto sumergido

Figura 15. Empuje y peso ejercido en un objeto sumergido

3

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Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del fluido desplazado. (Principio de Arquímedes) (figura 16)

EjemploUna 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/cm3, volumen de la esfera 5,236.10-4 m3 y densidad del agua (1000 kg/m3)

Figura 16. Principio de Arquímedes

3

02

1

4

Hallar el empuje:E = V ∙d ∙ gV= volumen de un cuerpod= densidad del fluidog = gravedad

Ahora se reemplazan los datos en la fórmula.E = V ∙d ∙ gE=5,236∙10-4 m3∙1000 kg/m3∙9,81 =5,131N

Se cancelan los m3 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/m3La masa: se entiende como

m = d∙vm=7900 kg/m3 ∙5,236∙10-4 m3

m=4,135 kg

ms2

3 0 1 2

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Hallar el peso de la esfera.p=4,135 kg∙9,81p=40,52N

Peso aparente está dado por:

waparente= wsuperficie -FEmpuje

waparente= 40,52N-5,131N

waparente= 35,389N

ms2

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:_____________________________________

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Actividad 3Identificando 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 dos compañeros y realiza la actividad.

Figura 17. Cuerda sujetada Figura 18. Movimiento ondulatorio en la cuerda

Tomen la cuerda y sujétenla a alguna estructura. (figura 17)

Uno de los dos debe agitar la cuerda una sola vez y observar (figura 18).

Registra lo que sucede en la cuerda:

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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:

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Longitud de ondase considera a la distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos

PeriodoTiempo en el que una partícula realiza una oscilación completa


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AmplitudDistancia máxima de una partícula a su posición de equilibrio o elongación máxima. Unidad en el sistema internacional S.I.: metro (m)

FrecuenciaSe define como el número de veces que se repite un fenómeno en la unidad de tiempo (segundos)


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Velocidad de onda

Longitud de onda

Después de socializar las gráficas y la expresión matemática, observa con atención y realiza los ajustes correspondientes.


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Período

Amplitud


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Frecuencia


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Actividad 4Estableciendo 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

Figura 19. Movimiento en una cuerda

Movimiento de la onda

19

Vamos a tomar la cuerda y agitarla cuatro veces cada segundo, Como se observa en la figura 19,20 , 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.

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 20. Ejercicio de onda

Figura 21. Gráfica señalando amplitud y longitud de onda

6

3

-3

-6

0 30 60 90

y(cm)

x(cm)

6

3 6cm

60 cm

-3

-6

0 30 60 90

y(cm)

x(cm)

Determine: la amplitud, frecuencia, período, longitud de onda y velocidad de propagación.

AmplitudA=6 Cm Varía según tus medidas.

Sabemos que la frecuencia es de f=4 Hz Información inicial

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. (figura 21)

Periodo, T= = =0,25 s

Velocidad v=λ∙f=60Cm.4Hz=240 cm ⁄ s

La respuesta está dada en cm/s vamos a convertir a metros:1cm = 0,01 m240 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.

1 1f 4

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Esta figura 22 corresponde a una formación de onda superficial u ola capilar, este fenómeno se debe a:

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_______________________________________________

______________________________________________

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________________________________________________Figura 22. Ondas superficiales

Determina:

La longitud de onda es: _________________________________________________

Actividad 5Observa con atención el video de formación de olas en el marDespués de observar el video responde:

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Responde: ¿por qué se forman las olas en el mar?

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Figura 23. Olas en el mar

Figura 24. Experimento de reflexión

Actividad 6Estableciendo relación entre: longitud de onda, frecuencia y Velocidad de propagación a partir de experiencias prácticasPara realizar la actividad debes llevar los siguientes elementos:1. Un puntero láser2. Un vaso de vidrio transparente3. Leche (unas gotas)4. Un recipiente transparente

Procedimiento 1:Luego de realizar 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 24)

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En la figura 23 se observa una ola generada en la superficie y se denomina ola

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Al fenómeno observado se le denomina reflexión ¿cómo lo definen?

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Figura 27. Onda constructiva

Figura 26. Gráfica del fenómeno de reflexión

Rayo incidente Normal Rayo re�ejado

θ1 θ2

Traza en el dibujo realizado los elementos que conforman el fenómeno de reflexión de onda. Al graficar tenemos: tres elementos fundamentales(figura 25)Rayo incidenteNormalRayo reflejado

Produciendo dos ondas circulares simultáneamente, (puede ser con tus dedos) observa puntos de interferencia constructiva (figura 26)

Procedimiento 2:Tomen el recipiente transparente con agua y ubícalo sobre un fondo blanco (para generar contraste). Interferencia constructiva

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Corresponde a: Corresponde a:

Figura 27. Onda 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 27)

Interferencia destructiva

Observen y respondan:¿Cómo podemos definir la interferencia constructiva?

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¿Cómo podemos definir la interferencia destructiva?

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Actividad 7Comparte conocimientosReúnete con dos compañeros y señalen a qué fenómeno ondulatorio corresponde

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En un movimiento ondulatorio las partículas materiales del medio tan solo oscilan entre posiciones limitadas, no implica la transmisión de materia, y lo único que se transmite a través del medio es energía.

Tipos de ondasExisten tres tipos de onda.Ondas unidimensionales: se propagan en una sola dirección en el espacio. Un ejemplo son las ondas que se propagan en una cuerda. (figura 28).

Ondas bidimensionales: son ondas que se propagan en dos direcciones; se pueden propagar en cualquier dirección de la superficie. Un ejemplo son las ondas que se propagan en la superficie del agua. (figura 29)

Ondas tridimensionales: se propagan en tres direcciones, se les conoce también como ondas circulares. Un ejemplo son las ondas sonoras(figura 30).

Las ondas además de transmitir energía, pueden ser utilizadas para transmitir información, convirtiéndose en un poderoso medio de comunicación

Figura 28. Ondas unidimensionales

Figura 30. Ondas tridimensionales

Figura 29. Ondas bidimensionales

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Vamos a clasificar los diferentes tipos de ondas según su dirección:

Figura 31. Diagrama de vibración sísmica

Figura 33. Ondas en la superficie del agua

Figura 32. Onda sonora

Figura 34. Ondas en una cuerda

Ondas Longitudinales Ejemplo: El sonido, ondas sísmicasSon aquellas en que las partículas vibran en la misma dirección en la que se propaga la onda(figura 31 Y figura 32)

Ondas Transversales Ejemplo: las ondas en la cuerda y en el agua.Son aquellas en las que las partículas vibran perpendicularmente, a la dirección en la que se propaga la onda. (figura 33 y figura 34)

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Medio de propagación

Características de onda

Mecánicas: necesitan propagarse a través de un medio. Por ejemplo: sonido, olas del mar

Velocidad

Velocidad y frecuencia

Inversamente proporcional a la frecuencia

V=λ/TF=1/T

Tiene relación con

se relaciona con se expresa como se relaciona con se expresa como

Fórmula

Fórmula

Fórmula

Fórmula

Electromagnéticas: no necesitan medio para propagarse. Por ejemplo: la luz.

Características de ondaCompleta el siguiente diagrama según tus conocimientos

Gráfico 1. Características de onda

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Consulta y analiza: fenómenos ondulatorios que han sido utilizados para beneficio en diferentes disciplinas. Puedes guiar tu búsqueda con las siguientes imágenes.

Actividad 1

Consulta la información y realiza un resumen

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Comparte la información con tus compañeros

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Consulta y responde, evalúa tus conocimientosSelecciona la respuesta correcta.1. Una onda mecánica:a) Puede viajar en el vacíob) Solo viajan en airec) Puede viajar en el agua

2. La velocidad de una onda depende de:a) La longitud y Amplitudb) La longitud y periodoc) La frecuencia y periodo

3. Las ondas que viajan sobre un resorte: a) Se consideran transversales y longitudinalesb) Se consideran longitudinalesc) Se consideran electromagnéticas

Actividad 2

Argumenta tu respuesta:

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Lista de figurasFigura 1. Ondas en la naturalezaAltmann, G (2012, Mayo 11). Movimiento Ondulatorio Círculos De Ondas El Agua Ola. [Fotografía]. Friburgo, Deutschland. Obtenida de: http://pixabay.com/es/movimiento-ondulatorio-64169/Inaglory, B. (2008, Junio 13). Waves in pacífica. [Fotografía]. California. Obtenido de: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Waves_in_pacifica_1.jpg

Figura 2 . Recipiente transparente

Figura 3. Corcho


Figura 5. Superposición de onda

Figura 6. Vaso con líquido

Figura 7. Marcador, regla y vaso con líquido

Figura 8. Vaso con la canica

Figura 9. Medida de la altura del agua en el vaso

Figura 10. Procedimiento para medir la longitud de circunferencia de la canica

Figura 11. Medida de la longitud de circunferencia de la canica


Figura 13. Fuerza y empuje

Figura 14. Presión ejercida en el objeto sumergido

Figura 15. Empuje y peso ejercido en un objeto sumergido

Figura 16. Principio de Arquímedes

Figura 17. Cuerda sujetada

Figura 18. Movimiento ondulatorio en la cuerda

Figura 19. Movimiento en una cuerda

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Figura 20. Ejercicio de ondaAndrés, D y Barrio, J. (2008). Física y Química 4 ESO. Página 157. Obtenido de.http://books.google.com.co/books?id=bKKlb3z4FgwC&pg=PA172&lpg=PA172&dq=velocidad+de+propagacion+de+on-das+en+el+agua+secundaria+8%C2%B0&source=bl&ots=Fzc2Osmncs&sig=7zdkFLdyNoVYap-DTuipBjovPHPI&hl=es&sa=X&ei=4tLfU_CrI8vjsASBiIHgBw&ved=0CGMQ6AEwCQ#v=onepage&-q=velocidad%20de%20propagacion%20de%20ondas%20en%20el%20agua%20secundaria%208%C2%B0&f=false

Figura 21. Gráfica señalando amplitud y longitud de onda

Figura 22. Ondas superficiales

Figura 23. Olas en el mar Brocken Inaglory. (2008). Ondas en 1. [Fotografía] Obtenido de: http://upload.wikimedia.org/wikipe-dia/commons/4/45/Waves_in_pacifica_1.jpg

Figura 24. Experimento de reflexión

Figura 25. Gráfica del fenómeno de reflexión

Figura 26. Onda constructiva

Figura 27. Onda destructiva

Figura 28. Onda unidimensional

Figura 29. Onda bidimensional

Figura 30. Ondas tridimensionales

Figura 31. Diagrama de vibración sísmica Eround1. (2012, Octubre 15). Earthquake FW-HW Diagram. [Ilustración]. Obtenido de: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Earthquake_FW-HW_Diagram.jpg.

Figura 32. Onda sonora

Figura 33. Ondas en la superficie del aguaBykst. (2014, Febrero). Círculo de ondas. [Fotografía]. http://pixabay.com/static/uploads/pho-to/2014/03/11/17/03/waves-circles-285359_640.jpg

Figura 34. Ondas en una cuerda

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Lista de gráficos

Gráfico 1. Características de onda

BibliografíaFísica Aplicada. Universidad Nebrija. Recuperado el 10 de Agosto de 2014, de: http://www.nebrija.es/~cmalagon/Fisica_Aplicada/transparencias/03-Fluidos/11_-_fluidos.pdf

introducción · el sonido nos permite comunicarnos, y disfrutar de la música y el canto de las...

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