Semillero institucional de astronomía IO

FENÓMENOS FÍSICOS ONDULATORIOS:

ONDAS DE CHOQUE

REFLEXIÓN DE ONDAS

Alexander Ballesteros Estudiante Lic. En Física Universidad Distrital Francisco José De Caldas

Efecto Doppler• Supongamos que en la posición 1, la fuente emite un máximo; un tiempo de un periodo P más tarde el frente de

onda correspondiente a ese máximo es una esfera representada por la circunferencia de la figura con un radio vP, pero esta distancia es la longitud de onda

𝒗𝑭𝑷 hasta la posición 2

λ =𝒗𝑷

𝝀′ = 𝒗𝑷 − 𝒗𝑭𝑷

La distancia entre estos dos máximos consecutivos, en el sentido en que se mueve la fuente, es la nueva longitud de onda

Si la fuente se mueve cambia λ; si se mueve el observador, cambia v respecto a él

𝝀′ =𝒗 − 𝒗𝑭𝑽

𝒇 =𝟏

𝑻medir el tiempo que

trascurre entre 2 crestas de la onda

𝑽′ =𝒗′

𝝀′= 𝑽

𝒗 − 𝒗𝟎𝒗 − 𝒗𝑭

𝒗′𝑶 = 𝒗 − 𝒗𝟎

V’ = frecuencia de recepción

V = frecuencia de emisión

Onda de choque- Onda de presión abrupta producida por un objeto que viaja más rápido

que la velocidad del sonido en dicho medio

- Diferencias de presión

- Aumento de la

temperatura

- Explosiones

Fotografía de una onda de choque que viaja junto un objeto supersónico

El diagrama muestra como varia la forma del cono de choque del Concorde mientras trapa y acelera

velocidad normal de crucero Mach 2 a unos 50000 pies incrementa la presión del aire sobre el suelo inmediatamente debajo en un 0,1%, pero esto puede causar un estampido

Choque de onda de un jet

Vs: rapidez de la fuente

v: rapidez de la onda

t= 0, fuente o foco esta en So

𝒔𝒊𝒏𝜽 =𝒗𝒕

𝒗𝒔𝒕=

Número de Mach

𝑵𝒎 =𝒗𝒔𝒗

𝒗

𝒗𝒔

𝟏

𝑵𝒎𝛉= 𝐬𝐢𝐧−𝟏

𝟏

𝐍𝐦

Otras ondas de choque

El diagrama muestra como varia la forma del cono de

choque del Concorde mientras trapa y acelera

- La ola de proa o también onda de proa, es una ola que se forma delante de un barco cuando la proa corta el agua avanzando.

- Detrás, el barco va seguido por la ola de popa. A medida que la ola se extiende en forma de flecha, define los límites exteriores de la estela de un barco.

Un barco que flota en el agua, estando en reposo desplaza su peso en agua. Cuando el barco se mueve, altera la misma cantidad de agua que antes se encontraba tranquila en la proa.

¿Solo con aviones y barcos?

cámara de 100.000 millones de fotogramas por segundo

El flujo es subsónico detrás de la parte de la onda de proa que está delante de la esfera, y sobre su superficie hasta los 45 grados

La onda de choque del arco se forma sólo lejos del cuerpo. La punta fue desafortunadamente doblada durante el disparo, lo que generó la débil onda de choque allí.

MACH 2.1

MACH 1.53

Ondas de choque de arco producidas por cuerpos de reentrada romos y puntiagudos. La fuerte onda de choque del cuerpo romo disipa la energía lejos en el campo de flujo y por lo tanto reduce el calentamiento del cuerpo local.

Géminis 6

Apollo

Capsula

Proyecto Mercury

Kappa Casiopea es una supergigante azul caliente masiva y que se mueve alrededor de 4 millones km/s en comparación con sus vecinas, ó 1110 km/s. Este arco de choque alrededor de una estrella desvela su alta velocidad relativa.

Kappa Casiopea

La galaxia Rueda de Carro está rodeado por un anillo azul, con 150 000 años luz de diámetro, formado por estrellas jóvenes y brillantes. El movimiento a alta velocidad de la onda de choque, ha comprimido el polvo y el gas, lo que ha favorecido el nacimiento de estrellas que iluminan ahora, la periferia de la ola.

Rueda de Carro

Reflexión

• La reflexión de las ondas son dos fenómenos que ocurren cuando una onda que se propaga en un determinado medio se encuentra con una superficie de separación con otro medio.

Se rige por dos leyes:

- El rayo incidente, el reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano

- El ángulo del rayo incidente Ƹ𝒊 y el de reflexión ො𝒓

መ𝒍 = ො𝒓

- Cada punto de un frente de ondas puede considerarse un foco de ondas secundarias que se propagan en la misma dirección de la perturbación. La velocidad de propagación y frecuencia de estas ondas secundarias es la misma que la de la onda original.

- La superficie tangente (conocida como envolvente) a todas las ondas secundarias en un determinado instante es el siguiente frente de ondas.

Principio de Huygens

𝑺𝟏 = 𝟏𝒆𝒓 𝒑𝒍𝒂𝒏𝒐𝑺𝟐 = 2do plano

𝑷𝟏 , 𝑷𝟐 , 𝑷𝟑 =Focos emisores

∆t = diferencial de tiempo 𝒕 − 𝒕′

Partiendo del principio de Huygens

M será el primero que encuentre a la superficie reflectora. Esto ocurrirá en el punto A, el cual, según el principio de Huygens,se convierte en nuevo centro emisor de ondas secundarias.

Las ondas secundarias generadas en el punto A (marcada como un círculo verde) retroceden a igual velocidad que trae la onda incidente.

Reflexión de un laser pulsado

Que pasa si el plano es diferente

Este tipo de reflexión ocurre cuandoel material sobre el que inciden los haces luminososes rugoso, no sólo al tacto, sino a un nivelmicroscópico.

Algunos ejemplos de este tipo de superficie son elpapel, el hielo, superficie de un río, etc

La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden enuna superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medioque salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente,muy distinta a la refracción.

1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Nebulosa cabeza de bruja

Se encuentra en la constelación de Eridanus, muy cerca a Orión, es una muy tenue nebulosa de reflexión.

Se cree que es un antiguo remanente de supernova o una nube de gas iluminado por la cercana supergigante azul Rigel

Pléyades

ubicadas en

la constelación de Tauro, está entre uno de los cúmulos estelares más cercanos a la Tierra, y es el cúmulo mejor visible a simple vista en el cielo nocturno.

Nebulosa de Orión

es una nebulosa difusa situada al sur del cinturón de Orión, Se forman estrellas a lo largo de toda la nebulosa, desprendiendo gran cantidad de energía térmica, y por ello el espectro que predomina es el infrarrojo.