FENÓMENOS ONDULATORIOS GRADO:11º

MOVIMIENTO ONDULATORIO

CONCEPTO DE ONDA: Se entiende por onda a aquella perturbación que transporta energía, y que se propaga en el tiempo y espacio. La onda tiene una vibración de forma ondulada que se inicia en un punto y continúa hasta que choca con otro cuerpo.

Existen distintos tipos de ondas, de acuerdo el criterio que se tome, encontramos las siguientes:

 Según el medio en que se propagan, pueden ser:

1)      Ondas electromagnéticas: estas ondas no necesitan de un medio para propagarse en el espacio, lo que les permite hacerlo en el vacío a velocidad constante, ya que son producto de oscilaciones de un campo eléctrico que se relaciona con uno magnético asociado. Por ejemplo: luz visible, rayos X, rayos infrarrojos, rayos ultravioletas, ondas de radio, microondas, etc.

2)      Ondas mecánicas: a diferencia de las anteriores, necesitan un medio material, ya sea elástico o deformable para poder viajar. Este puede ser sólido, líquido o gaseoso y es perturbado de forma temporal, aunque no se transporta a otro lugar. Por ejemplo: el sonido, una onda en la tierra (onda sísmica), onda en el agua (ola), onda en una cuerda (guitarra), etc.

·         3)      Ondas gravitacionales: estas ondas son perturbaciones que afectan la geometría espacio-temporal que viaja a través del vacío. Su velocidad es equivalente a la de la luz. Ejemplos, la tierra, las estrellas, el sol, los imanes La explosión de una superno-va.

·         La formación de un agujero negro.

·         El choque de cuerpos masivos como estrellas de neutrones o la coalescencia de agujeros negros.

·         La rotación de una estrella de neutrones homogénea.

·         Radiación gravitatoria remanente del Big Bang. Este último caso ofrecería datos únicos sobre la formación del Universo en el periodo anterior a la edad oscura del Universo en la que el Universo era opaco a la radiación electromagnética

,
Según su propagación:

1)      Ondas unidimensionales: estas ondas, como su nombre indica, viajan en una única dirección espacial. Es por esto que sus frentes son planos y paralelos. Ejemplos: Si tomas un elástico, lo tensas, y luego le sueltas un poco en un instante, se produce una onda que llega hasta el otro extremo, puede considerarse unidireccional.
Si has oído hablar del teléfono construido con dos tarros y un hilo, el hilo al transmitir la onda del sonido es unidireccional.

2)      Ondas bidimensionales: estas ondas, en cambio, viajan en dos direcciones cualquieras de una determinada superficie. Ejemplos: Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.  

3)      Ondas tridimensionales: estas ondas viajan en tres direcciones conformando un frente de esférico que emanan de la fuente de perturbación desplazándose en todas las direcciones. Ejemplos: El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.

Según su dirección:

1)      Ondas transversales: las partículas por las que se transporta la onda se desplazan de manera perpendicular a la dirección en que la onda se propaga. Ejemplos: Supón que produces una onda en una cuerda agitando el extremo libre hacia arriba y hacia abajo. En este caso el movimiento de la cuerda es perpendicular a la dirección del movimiento de la onda. Cuando el movimiento del medio (en este caso, la cuerda) es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda, decimos que se trata de una onda transversal.
Las ondas que se producen en las cuerdas tensas de los instrumentos musicales y en las superficies de los líquidos son transversales.
También las ondas electromagnéticas que constituyen las ondas de radio y la luz son transversales. También las ondas S sísmicas.

2)      Ondas longitudinales: en este caso, las moléculas se desplazan paralelamente a la dirección en que la onda viaja. Ejemplos: No todas las ondas son transversales. En ciertos casos las partículas del medio se mueven de un lado a otro en la misma dirección en la que se propaga la onda. Las partículas se mueven a lo largo de la dirección de la onda en vez de hacerlo en sentido perpendicular. Una onda de este tipo es una onda longitudinal.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales, al igual que las ondas P sísmicas.

En los resortes se propagan tanto ondas longitudinales como transversales.

Según su periodicidad:

1)      Ondas no periódicas: estas ondas son causadas por una perturbación de manera aislada o, si las perturbaciones se dan de manera repetida, estas tendrán cualidades diferentes. Ejemplo: No periódicas: las olas del mar, una pelota rebotando contra el piso (hay amortiguamiento y la pelota cada vez alcanza menos altura), las ondas del electrocardiograma y del electroencefalograma (pues en ellos las características de las ondas van cambiando, como la frecuencia, la forma, la amplitud,

2)      Ondas periódicas: son producidas por ciclos repetitivos de perturbaciones. Ejemplos: las ondas sonoras, las ondas electromagnéticas (luz visible, por ejemplo), ondas gravitacionales (todavía no observadas, pero predichas por la teoría de la relatividad), un resorte ideal que oscile sin rozamiento.

Características generales o elementos de las ondas

Tren de ondas: Todas las ondas al moverse lo hacen una tras otra como si fuera un tren de donde se coloca un vagon tras otro.

Nodo: Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.

Elongación: Es la distancia entre cualquier punto de onda y su posición de equilibrio.

Cresta, monte o pico: es el punto más alto de una onda

Valle: Es el punto más bajo de una onda.

Periodo: Tiempo que tarda en efectuarse una onda o vibración completa, se mide en segundos o s/ciclo se representa con una T mayúscula.

Notemos que el periodo (T) es igual al recíproco de la frecuencia (f) y viceversa.

Amplitud (A) : Es la máxima separación de la onda o vibración desde su punto de equilibrio.

La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos máximos o compresiones consecutivos de la onda. En las ondas transversales la longitud de onda corresponde a la distancia entre dos montes o valles, y en las ondas longitudinales a la distancia entre dos compresiones contiguas. También podemos decir que es la distancia que ocupa una onda completa, se indica con la letra griega lambda (Λ) y se mide en metros. A la parte superior de la onda se le llama cresta y a la inferior se le llama valle.

Tomaremos como ejemplo ilustrativo una onda transversal.

Frecuencia: Es el número de ondas producidas por segundo. La frecuencia se indica con la letra f minúscula. Se mide en ciclos/ segundo o hertz (Hz). Coincide con el número de oscilaciones por segundo que realiza un punto al ser alcanzado por las ondas.

Las dos magnitudes anteriores, longitud y frecuencia, se relacionan entre sí para calcular la velocidad de propagación de una onda.

Velocidad de propagación: Es la relación que existe entre un espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo.

Se indica con la letra V y es igual al producto de la frecuencia (f) por la longitud de onda (λ).

Matemáticamente se expresa así:

  

                             por lo tanto

fórmula que nos indica que la longitud de onda λ y la frecuencia f son dos magnitudes inversamente proporcionales, es decir que cuanto mayor es una tanto menor es la otra.

Ver: PSU: Física;  Periodo: Es el tiempo (en segundos) que tarda un punto en realizar una oscilación completa al paso de una onda. Se abrevia con la letra (T).

La frecuencia (f) se relaciona con el periodo según la fórmula

            Volvamos a la fórmula

 para reemplazar en ella f (frecuencia), y nos queda la fórmula

Lo cual nos indica que también podemos calcular la velocidad si conocemos la longitud (λ) y el periodo (en segundos) de una onda.

Como vemos, podemos relacionar estas magnitudes y conociendo los valores de algunas de ellas podemos determinar los valores de las otras, usando las fórmulas indicadas.

Fenómenos ondulatorios

Son los efectos y propiedades exhibidas por las entidades físicas que se propagan en forma de onda:

• Reflexión: tiene lugar cuando una onda choca con la superficie de un medio que no puede ni absorberla ni transmitirla. Se cumple que el ángulo de incidencia y de reflexión son idénticos.

• Refracción: es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Se debe a la diferencia en la velocidad de propagación de la onda en ambos medios. Cada medio está caracterizado por un índice de refracción.
  
• Reflexión interna total: se produce cuando un rayo de luz que se encuentra en un medio de índice de refracción mayor que el del medio que pretende atravesar se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios, reflejándose completamente. Este fenómeno sólo tiene lugar a partir de un determinado ángulo de incidencia, llamado ángulo crítico.

• Difracción: fenómeno debido a la desviación de la propagación rectilínea de un rayo de luz en un medio homogéneo, cuando atraviesa una abertura o pasa por puntos próximos a un objeto opaco. La superposición en un punto de los rayos así desviados da lugar a variaciones de la intensidad, produciendo máximos y mínimos cuya distribución depende de la forma de la abertura o del objeto opaco. Interferencia: resultado de la superposición de dos o más ondas. Puede ser constructiva o destructiva.

TALLER DE MOVIMIENTO ONDULATORIO

NOTA:

 MARCA LA HOJA
 RESPONDE EN UNA HOJA Y COLOCA SOLAMENTE EL NUMERO Y LA RESPUESTA 
EJEMPLO: 1(D)

I.    En las preguntas 1 a 8, el enunciado es una afirmación seguida de la palabra “porque” y una “razón” o “justificación”; marca en una tabla de respuestas, así:

A, si la afirmación y la razón son verdaderas y la razón es una explicación de la afirmación.

B, si la afirmación y la razón son verdaderas, pero la razón no explica la afirmación.

C, si la afirmación es verdadera y la razón es falsa.

D, si la afirmación es falsa y la razón es verdadera.

E, si la afirmación y la razón son falsas.

1º Una onda cuando cambia de medio de propagación se refracta, porque la frecuencia de la onda varía.

2º Las ondas transversales se polarizan, porque se pueden reducir los planos de vibración a uno solo.

3º Cuando las ondas chocan contra un obstáculo se reflejan, porque la dirección de propagación cambia.

4º Las ondas electromagnéticas son longitudinales, porque no se pueden polarizar.

5º  Al producir ondas estacionarias en un resorte, la velocidad de propagación depende de la frecuencia, porque . V= landa X frecuencia  

6º El sonido es una onda mecánica, porque necesita de un medio para propagarse.

7º El movimiento de una pelota que se mueve cerca de la superficie terrestre es un movimiento ondulatorio, porque la pelota rebota y se refracta.

8º Las ondas que se producen en la superficie del agua son transversales, porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación.

II.   En las preguntas 9 a 12, seleccione la respuesta correcta:

9º    Se llama longitud de onda a:

A.    La distancia entre dos nodos consecutivos.

B.    La distancia recorrida por la onda en un segundo.

C.    La distancia recorrida por la onda en un periodo.

D.    El número de oscilaciones en la unidad de tiempo.

E.    El número de oscilaciones en un periodo.

10º  En una onda longitudinal el fenómeno físico que no se cumple es:

A.    Reflexión

B.    Refracción

C.    Interferencia

D.    Difracción

E.    Polarización

11º  El cambio en la curvatura de la onda que se produce cuando esta pasa a través de un orificio, recibe el nombre de:

A.    Reflexión

B.    Refracción

C.    Difracción

D.    Interferencia

E.    Polarización

12º  El fenómeno de refracción se produce cuando:

A.    La onda choca contra un obstáculo.

B.    La onda cambia de medio.

C.    La onda pasa a través de un orificio.

D.    La onda reduce los planos de vibración a uno solo.

E.    Las ondas se encuentran en un mismo punto del espacio.

III. Las preguntas 13 a 16 se resuelven de acuerdo con el siguiente criterio:

A, si 1 y 2 son verdaderas.

B, si 1 y 3 son verdaderas.

C, si 2 y 4 son verdaderas.

D, si 3 y 4 son verdaderas.

E, si 1 y 4 son verdaderas.

13º  El sonido es una onda de tipo:

1.    Mecánico

2.    Electromagnético

3.    Longitudinal

4.    Transversal

14º En la siguiente ilustración de una onda:

1.    La longitud de onda es 2 m.

2.    La amplitud es 1 m.

3.    La longitud de onda es 4 m.

4.    La amplitud es 0,5 m.

15º  Si las partículas del medio vibran paralelamente a la dirección de propagación de las ondas, entonces la onda es:

1.    Mecánica

2.    Pulso

3.    Transversal

4.    Longitudinal

16º  Cuando una onda pasa a través de un orificio:

1.    La curvatura de la onda cambia.

2.    La velocidad de la onda cambia.

3.    El punto del frente de onda es un nuevo generador de onda.

4.    La onda se refleja.