FENÓMENOS ONDULATURIOS PREICFES DE FÍSICA FENÓMENOS ONDULATURIOS COLEGIO CRISTIANO LA ESPERANZA FELIX ORTIZ TAMAYO

MOVIMIENTO ONDULATORIO El movimiento ondulatorio se mide por la frecuencia, es decir, por el número de ciclos u oscilaciones que tiene por segundo. La unidad de frecuencia es el hertz (Hz), que equivale a un ciclo por segundo. Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación.

Algunas clases de ondas precisan para propagarse de la existencia de un medio material que haga el papel de soporte de la perturbación; se denominan genéricamente ondas mecánicas. El sonido, las ondas que se forman en la superficie del agua, las ondas en cuerdas, son algunos ejemplos de ondas mecánicas y corresponden a compresiones, deformaciones y, en general, a perturbaciones del medio que se propagan a través suyo. Sin embargo, existen ondas que pueden propasarse aun en ausencia de medio material, es decir, en el vacío. Son las ondas electromagnéticas o campos electromagnéticos viajeros; a esta segunda categoría pertenecen las ondas luminosas.

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS En función del medio en el que 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. Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo 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. Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las ondas

Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo En función de su propagación o 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. 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. 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.

En función de la dirección de la perturbación Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio se mueven (ó vibran) paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal. Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. En función de su periodicidad Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal. Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas también se denominan pulsos.

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE UNA ONDA La velocidad de propagación de una onda depende de la elasticidad del medio y de las características inerciales de este, es decir no depende de la amplitud. T es la tención de la cuerda o el fuelle µ es la masa por unidad de longitud µ=m/l En general la onda se desplaza realizando un movimiento uniforme v=x/t donde x corresponde a la longitud de onda y t al periodo. En general

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ONDAS SONORAS Concepto: Las ondas sonoras u ondas acústicas son ondas mecánicas longitudinales (también denominadas ondas elásticas) que se distribuyen en la materia (sólida, líquida o gaseosa) en las tres dimensiones. No obstante podemos tomar en el espacio una dirección desde la fuente de origen y analizarlas como ondas unidimensionales. La expresión ondas sonoras se debe a que parte de ellas –las que están comprendidas en un espectro de frecuencias que va desde los 20 Hz a los 20.000 Hz- pueden ser escuchadas por el oído humano, y constituyen lo que se llama sonido, o intervalo audible de las ondas sonoras. Las ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del intervalo audible se denominan ondas infra sónicas o infrasonido. Las ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del intervalo audible se denominan ondas ultrasónicas o ultrasonido.

La manifestación de las ondas sonoras en medios fluídos se produce a partir del movimiento de las moléculas de dicho medio, hacia uno y otro lado en la dirección de propagación de la onda. Este movimiento molecular es muy pequeño, y va produciendo regiones de compresión y rarificación por lo que las ondas longitudinales se van manifestando como pequeños cambios de presión en el fluido considerado. Los sonidos que el oído puede percibir, depende de la variación de presión que el aire experimenta al trasmitirlos. La máxima variación de presión que nuestro oído puede tolerar es de 28 N/ m2

VELOCIDAD DEL SONIDO En las ondas mecánicas, la velocidad de propagación es función de las propiedades elásticas e inerciales.del medio. Las ondas sonoras, como son ondas longitudinales, la propiedad elástica está descripta en cómo responde el medio a los cambios de presión, y esta respuesta en el caso de los fluídos gaseosos se produce con una variación de volumen. Como estas variaciones de presión y de volumen se producen “demasiado rápido” en relación a la conductividad térmica de los gases, podemos decir que no se producen transferencias de calor en estas variaciones de presión

Velocidad del sonido en diferentes medios A continuación detallaremos los valores de la velocidad de propagación de las ondas sonoras en diferentes medios: Medio fase temperatura [ºC] velocidad [m/s] Aire gas - 0 - 331 Aire gas – 20 - 343 Helio gas - 0 - 965 Hidrógeno gas - 0 - 1270 Oxígeno gas - 0 - 317 Vapor de agua gas - 100 - 405 Agua líquido - 0 - 1402 Agua líquido - 20 - 1482 Agua de mar líquido - 13 - 1500 Aluminio sólido - 6300 Acero sólido - 6100 Vidrio (Pyrex) sólido 5600 Hielo sólido - 3200 Corcho sólido - 500

CUALIDADES DEL SONÍDO El sonido tiene cuatro cualidades básicas: EFECTOS ALTURA GRAVE/AGUDO INTENSIDAD FUERTE/DÉBIL DURACIÓN LARGO/CORTO TIMBRE COLOR

DURACIÓN Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc.. TIMBRE Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican. ¿Eres capaz de distinguir el sonido de una trompeta y de una flauta?

ALTURA O TONO Está determinada por la velocidad de vibración del cuerpo. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Los humanos podemos percibir los sonidos comprendidos entre 20Hz y 20.000Hz. Por debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos. INTENSIDAD Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad de energía de la onda. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Este parámetro lo medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB).

CLASIFICACIÓN DE LA INTENSIDAD INTENSIDAD AUDITIVA: Depende del oído relaciona la intensidad auditiva y la física donde I0 = 10-12 w/m2 o 10-16 w/cm2 Su unidad de medida es beles ó decibeles INTENSIDAD FÍSICA: Es la cantidad de energía que transporta una onda sonora, en la unidad de tiempo, a través de una unidad de superficie. Su unidad de medida:

FUENTES SONORAS Cuerdas sonoras: es una cuerda sujeta en los extremos que se hace vibrar produciendo lo que gráficamente se conoce como armónico.

FUENTES SONORAS Tubos sonoros: son cavidades que contienen aire y producen sonido al hacer vibrar las moléculas encerradas. Se clasifican en: Tubos abiertos: Tubos cerrados: n impar.

EFECTO DOPPLER I CASO a) Fuente en reposo y observador se acerca: b) Fuente en reposo y observador se aleja

EFECTO DOPPLER II CASO a) Observador en reposo y fuente se acerca: b) Observador en reposo y fuente se aleja

EFECTO DOPPLER III CASO Observador y la fuente se mueven simultáneamente: O f O f o f o f

EJERCICIOS PÁGINA 75 DEL MÓDULO