Las ondas: Sonido y Luz

INTRODUCCIÓN En este capítulo daremos una idea muy ligera sobre el “movimiento ondulatorio” y sobre los fenómenos ondulatorios de la luz, de modo que todos puedan entender los conceptos y fenómenos fundamentales. Su estudio es imprescindible, puesto que las ondas tienen gran importancia en la vida del hombre.

El movimiento ondulatorio El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas.

Ondas: Se denomina ondas a toda perturbación que se propaga con el tiempo de una región del espacio a otra. Ejemplo 1: Cuando se arroja una piedra a un estanque se producen olas.

Ejemplo 2: La vibración de una cuerda. “Las ondas se propagan sin arrastrar materia consigo, sin embargo, las ondas son portadoras de energía”

Clasificación: Las ondas se clasifican en dos tipos:. A Clasificación: Las ondas se clasifican en dos tipos: A. Ondas Transversales: Cuando las vibraciones de las partículas son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Ejemplo: Las vibraciones de una cuerda. B. Ondas Longitudinales: Cuando las partículas oscilan en la misma dirección de propagación de la onda. Ejemplo: Las vibraciones de un resorte.

Clases de ondas Longitudinales: El medio se desplaza en la dirección de la propagación. El aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido.

Clases de ondas Tranversales: El medio se desplaza en ángulo recto a la dirección de la propagación. Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmente

Clases de ondas según el medio en que se propagan Mecánicas: Necesitan un medio natural para su propagación. Ej.ondas sonoras Electromagnéticas: no necesitan un medio natural (pueden propagarse en el vacío). Ej: ondas de radio, T.V, celulares etc.

Las ondas longitudinales siempre son mecánicas Las ondas longitudinales siempre son mecánicas. Las ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de movimiento ondulatorio. Las ondas transversales pueden ser mecánicas ( ondas que se propagan a lo largo de una cuerda tensa) o electromagnéticas (la luz o las ondas de radio). Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, como los terremotos, son combinaciones de movimientos longitudinales y transversales, con lo que se mueven de forma circular.

Elementos de una onda transversal Cresta Amplitud Valle Longitud de onda

Elementos de una onda transversal Valle: punto más bajo de la onda Cresta: punto más alto de la onda Longitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos. Amplitud: altura de la cresta o del valle.

Elementos de una Onda Transversal: 1. Longitud de onda (λ): Es la distancia que existe entre dos puntos consecutivos de posición semejante, medida paralelamente a la dirección de propagación de la onda. 2. Ciclo: Es la alteración producida, mientras cada partícula cumple una oscilación completa. 3. Período (T): Es el tiempo empleado para realizar un ciclo. También se define como el tiempo empleado en recorrer una distancia igual a la longitud de onda.

1 Vibración = 1 perturbación = 1 ciclo = 1s-1 = 1 Herts 4. Frecuencia (f): Es el número de perturbaciones que pasan por un punto en cada unidad de tiempo. La frecuencia se mide en: Vibraciones o perturbaciones o ciclos u oscilaciones, etc. Equivalencias: 1 Vibración = 1 perturbación = 1 ciclo = 1s-1 = 1 Herts s s s Matemáticamente se cumple: f = _1_ T Amplitud (A): Es el desplazamiento máximo de cada partícula. 6. Cresta: Se llama así a las zonas más elevadas de la onda.

7. Valle: Se denomina así a las zonas más bajas de la onda. 8. Velocidad de propagación (V): Las ondas en un medio homogéneo se propagan a velocidad constante. V = _λ_ = λ . f T 9. Intensidad: Es la energía transmitida en cada segundo por cada unidad de superficie perpendicular al sentido de propagación.

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE UNA ONDA TRANSVERSAL EN UNA CUERDA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE UNA ONDA TRANSVERSAL EN UNA CUERDA.- Depende únicamente de la tensión “F” que se aplica a la cuerda y de “μ” (masa por unidad de longitud). μ =___ masa de la cuerda___ = densidad lineal longitud de la cuerda V =

El Sonido El Sonido se propaga mediante ondas longitudinales En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases. La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de 340 m/s En el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s En el agua es de 1.600 m/s En la madera es de 3.900 m/s En el acero es de 5.100 m/s

Elementos de las ondas sonoras Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones por segundo. Se mide en hertzios (Hz) 1 Hz = una oscilación en un segundo Período ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa. Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia (T = 1/f ) Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.)

Elementos de las ondas sonoras Longitud de onda ( λ ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación. Velocidad de transmisión ( v ): velocidad a la que se propaga. Recordamos que velocidad = espacio/tiempo, por lo que espacio = velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de onda = velocidad x período Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia, podremos decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia λ = v / f v = λ . f λ = v . T

La frecuencia y el sonido El tono del sonido depende de la frecuencia. A frecuencias bajas corresponden sonidos graves. A frecuencias altas corresponden sonidos agudos. 27 Hz 100 Hz 200 Hz 440 Hz 1000 Hz 3000 Hz

El Sonido El efecto Doppler El tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. Esto ocurre cuando un móvil que produce un sonido va en el sentido de las ondas sonoras, comprimiéndolas. Al ser menor la longitud de onda, el sonido es más agudo. Por la parte posterior quedan más separadas, longitud de onda más grande igual a sonido más grave

EFECTO DOPLER.- Cuando una fuente de ondas sonoras se aproxima a un observador o este se aproxima a la fuente, la frecuencia percibida por el observador es mayor que la producida por aquella. Por el contrario, si el movimiento es de alejamiento, el observador percibe una frecuencia menor. Sea: f = frecuencia verdadera del sonido. f’ = frecuencia percibida por el observador. c = velocidad del sonido. Vf = velocidad de la fuente. V0 = velocidad del observador.

Cuando se mueve la fuente sonora y al observador se encuentra en reposo se tiene: Se usa el signo “+” si la fuente se aleja. Se usa el signo “-” si la fuente se acerca

Cuando se mueve el observador y la fuente se mantiene en reposo se tiene: Se usa el signo “+” si el observador se acerca. Se usa el signo “-” si el observador se aleja

Cuando ambos, fuente y observador se mueven:

El móvil que supera la velocidad del sonido es un “supersónico” El móvil que supera la velocidad del sonido es un “supersónico”. En ese momento se produce un estampido debido a la compresión a que está sometido el aire El avión “supersónico” Quizá oíste alguna vez de un avión que “rompe la barrera del sonido”. Míralo

Otros ejemplos de superación de la barrera del sonido Coche a 1,4 Mach Transbordador espacial superando la barrera del sonido

ÓPTICA Fisica 11

Definición La Óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia.

Refracción en distintos medios

Desarrollo histórico Reflexión y refracción En la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz y la reflexión y refracción. Dos filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica, Empédocles y Euclides.

Antecedentes Ya en la Edad Moderna René Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de un medio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partículas en el medio.

Antecedentes La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat enunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción.

Refracción En la Refracción el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente. El rayo de luz que se desvía al ingresar al segundo medio transparente se denomina rayo refractado.

Refracción El ángulo en que el rayo incidente ingresa al segundo medio, se forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de incidencia. El ángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo de refracción.

Interferencia y difracción Interferencia (esquema simulado)

Dispersión de la luz en dos prismas de distinto material                                                             Dispersión de la luz en dos prismas de distinto material Newton (1666) desarrolla las propiedades de los colores mediante un prisma encontrando que cada color se caracteriza por una refractibilidad especifica

G R A C I A S