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Unidad I: Movimientos ondulatorios

Departamento de CienciaProfesor David Valenzuela

● A veces enormes olas viajan largas distancias sobre la superficie del océano, pero el no fluye con la ola. Otras veces una gota de agua cae en un charco probocando el mismo efecto ondas.


Movimientos periodicos Existe una fuerza llamada restauradora que tienede a llevar al cuerpo al punto del equilibrio.



Imagen que muestra la semejanza del movimiento de un péndulo simple y una masa sujeta a un resorte.


Tipos de onda

Ondas longitudinales: el movimiento de las partículas quetransportan la onda es paralelo a la dirección de propagación de laonda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a unaonda longitudinal.

En función de la perturbación



Ondas transversales:Son aquellas que se caracterizan porque lasparticulas del medio vibran perpendicularmente a la direción depropagación de la onda.La luz corresponde a este tipo de ondas.



En función del frente de onda


Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.


Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones. 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 la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él.



Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.



En función del medio donde se propagan

Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella.



Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado.



En las ondas no hay trasporte de materia, solo energía.

Aspectos generales y básicos de las ondas



● Longitud de onda: Longitud entre dos puntos que se comportan identicamente.

Perido: Tiempo que se demora en efectuar un ciclo completo.

Amplitud:Distancia entre el punto de equilibrio y la perturbación en ese puntoOnda trasversal



Reflexión de onda en un extremo rígido. Cuando el pulso incidente llega a la pareded, le aplica una fuerza hacia arriba, sin embargo la pared reacciona según la tercera ley de Newton y le aplica una fuerza en sentido contrario. Es por eso que el pulso reflejado se invierte.

Reflexión y transmición de una onda


Pared rígidaPared rígida


A medida que el pulso llega al anillo este acelera hacia arriba, pero es frenado por la componente vertical de la fuerza de tensión de la cuerda. Este movimiento del anillo produce un pulso reflejado que no se invierte.



Extremo libreExtremo libre


Cuando la onda pasa de un medio menos denso a otro mayor en la frontera (punto de unión de ambas cuerdas), parte del pulso se trasmite por arriba y la parte reflejada se invierte.



Cuando la frontera no es nirígida Cuando la frontera no es nirígida ni libreni libre


Cuando el pulso viaja en una cuerda densa y luego pasa a una de menor densidad, la parte del pulso reflejado no se invierte y la parte trasmitida sigue derecha.



Note que en todos los casos donde se producen Note que en todos los casos donde se producen refracciones, reflexión de ondas hay perdidas de refracciones, reflexión de ondas hay perdidas de energía que se manifiestan en una disminución de la energía que se manifiestan en una disminución de la amplitud amplitud



II- parteOndas estacionarias y sonido



Ondas estacionarias

Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda y frecuencia que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

http://es.wikipedia.org/wiki/Interferencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_%28f%C3%ADsica%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_onda

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia



Ondas estacionarias en una cuerda fija en ambos extremos

Siempre en los extremos se formará un nodo

v= f f =v

La frecuencia de los otros modos de vibración son un número de veces la frecuencia fundamental.

f n=nv

2L, n=1,2,3 ,4...



Ondas estacionarias en columnas de aire, con dos extremos libres

En un tubo abierto en ambos extremos, los armonicos más altos son n veces la frecuencia fundamental.

f =v

Siempre en los extremos se formará un antinodo.

f n=nv

2L, n=1,2,3 ,4...



Ondas estacionarias en columnas de aire, con un extremo libre.

En un tubo cerrado en uno de sus extremos, sólo estarán presente armónicos impares.

f =v

f n=nv

4L, n=1,3,5..

En el extremo cerrado se formará un nodo y en el abierto un antinodo.



Algunos conceptos que se nos quedan...

Tono: Corresponde a la percepción humana de la frecuencia de un determinado sonido

Timbre de un sonido: es la cualidad que confieren al sonido los armónicos que acompañan a la frecuencia fundamental. Estos armónicos generan variaciones en la onda sinusoidal base.

Un violín Stradivarius es capaz de generar armónicos que otros no pueden, por eso su sonido es valorado.



Superposición



Intensidad del sonido

En el caso de una onda esférica que se transmite desde una fuente puntual en el espacio libre (sin obstáculos), puede considerarse que la superficie considerada es una esfera de radio r. En este caso, la intensidad acústica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la fuente sonora.

I=PA

I=P

4 r 2

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_esf%C3%A9rica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Espacio_libre&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Esfera

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fuente_sonora&action=edit&redlink=1



Intensidad del sonidoPor convenio, en dicha escala logarítmica se emplea como nivel de referencia el umbral de audición. La unidad más empleada en la escala logarítmica es el decibelio.

I db=10LogII o

I o=10−12W /m2

http://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio



Intensidad del sonido



Infrasonido

Infrasonido es una onda acústica de muy baja frecuencia, inferior a los 20 Hz.

Al quedar por debajo de la respuesta en frecuencia del oído humano, fuera del espectro audible, no somos capaces de escucharlo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Hercio

http://es.wikipedia.org/wiki/Respuesta_en_frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/O%C3%ADdo

http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_audible



Ultrasonido

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