Propiedades de las ondas Frente de onda es el lugar geométrico de los puntos en el mismo estado de vibración Rayo : línea perpendicular al frente de onda.

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1 Propiedades de las ondas Frente de onda es el lugar geométrico de los puntos en el mismo estado de vibración Rayo : línea perpendicular al frente de onda en la dirección de propagación.

2 Propiedades de las ondas Un frente de ondas esféricas, suficientemente alejado del foco, se puede asociar a un frente de ondas plano Principio de Huygens Cada punto del frente de ondas se comporta como un nuevo frente emisor de ondas secundarias, que se propagan con la misma velocidad y frecuencia que la onda inicial. La superficie envolvente de todas esas ondas elementales, constituye un nuevo frente de ondas. Todo punto de un frente de ondas, se comporta como un nuevo foco emisor de ondas elementales, cuya envolvente es un nuevo frente de ondas

3 Propiedades de las ondas Reflexión: Es el cambio de dirección que experimenta una onda al incidir en una superficie de separación de dos medios y volver por el medio de llegada o incidencia Rayo incidente: Rayo que indica la dirección de propagación de la onda que llega a la superficie reflectora. Rayo reflejado: Rayo que indica la dirección de propagación de la onda reflejada Rayo incidenteRayo reflejado normal Normal : recta perpendicular a la superficie de separación de dos medios en el punto de incidencia

4 Propiedades de las ondas Reflexión Ángulo de incidencia : ángulo que forma el rayo incidente con la normal Ángulo de reflexión : ángulo que forma el rayo reflejado con la normal Leyes de la reflexión : 1ª El rayo incidente, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo reflejado están en el mismo plano 2ª El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales Rayo incidente normal Rayo reflejado Superficie de separación

5 Propiedades de las ondas Reflexión El frente de onda plano AB, llega a la superficie reflectante. El frente de onda A’B’ es el reflejado. Segun Huygens, cada punto del frente se comporta como un nuevo foco emisor de ondas, que una vez reflejadas forman el nuevo frente de ondas A’B’. La velocidad de la onda es la misma. El tiempo que tarda en llegar de B a B’, (incidente) es el mismo que tarda en llegar de A a A’ (reflejado); por lo tanto, t BB’ =t AA’. Es decir t BB =BB’/v ; t AA’ = AA’/v BB’/v=AA’/v ⇒ AA’=BB’. Los triángulos ABB’ y B’A’A, son iguales, pues son rectángulos, y tienen iguales la hipotenusa y un cateto. El ángulo BAB’coincide con i,(angulo de incidencia) por tener sus lados perpendiculares. y el A’B’A coincide con r,(ángulo de reflexión) por la misma razón

6 Propiedades de las ondas Reflexión Reflexión de un pulso de onda viajera en el extremo fijo de una cuerda alargada. El pulso reflejado se invierte, pero su forma permanece igual. La comprobación más evidente de la reflexión del sonido, lo constituye el eco. Generalmente en la reflexión algo de la onda es absorbida por la frontera y /o refractada. Por eso en general el sonido reflejado se propaga con menos energía que la que poseía.

7 Edb-53-166 Nos hallamos en una barca en el mar entre un barco y los acantilados de la costa. Si tardamos 8 segundos en oír el sonido procedente de una explosión en el barco y 12 segundos en oír el eco procedente de los acantilados, ¿a qué distancia nos encontramos del barco y de la costa?

8 Propiedades de las ondas Refracción Refracción : Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro en el que la onda se transmite a distinta velocidad.La onda se transmite al nuevo medio junto con parte de la energía y otra parte de ella se refleja Leyes de la refracción: 1ª el rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano 2ª La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante igual a la razón entre las velocidades de transmisión de la onda en ambos medios. ( Ley de Snell). La constante se denomina índice de refracción relativo del segundo medio respecto del primero

9 Propiedades de las ondas Refracción Sin una onda plana incide en la superficie de separación de dos medios de manera que la velocidad en el 2º es menor que en el 1º. Los puntos alcanzados por la onda se convierten en nuevos centros emisores de ondas secundarias. Los radios de las ondas secundarias en el segundo medio son menores debido a su velocidad de transmisión menor. Las ondas originadas en A recorren una distancia AD en el mismo tiempo en que la onda incidente recorre BC, (AD<BC). La envolvente de las ondas secundarias da el nuevo frente de ondas DC

10 Propiedades de las ondas difracción Es el fenómeno de las ondas que causa que éstas se doblen o rodeen obstáculos como esquinas, columnas, paredes, etc. Las ondas sonoras pueden difractarse. Por este motivo es posible conversar de una pieza a otra que está al lado, si existe algún orificio o ranura. La difracción es la desviación en la propagación rectilínea de las ondas, cuando éstas atraviesan una abertura o pasan próximas a un obstáculo

11 Propiedades de las ondas difracción La difracción de una onda plana a través de un orificio se explica mediante el principio de Huygens : el orificio se convierte en un centro emisor de ondas en todas direcciones (ondas circular), lo que le permite propagarse detrás del obstáculo. La difracción sólo se produce si el orificio o el obstáculo Tiene dimensiones comparables a la longitud de onda No se produce difracción Si la abertura es de mayor tamaño a la longitud de onda.Sólo en los bordes se observa algo. Si el obstáculo es grande en comparación con la longitud de onda, no se produce difracción.Sólo se observa algo en los bordes

12 Propiedades de las ondas difracción

13 ʎ menor que el orificio ʎ igual que el orificio ʎ menor que el orificio Difracción en un orificio ʎ mayor que el obstáculo Difracción en un obstáculo ʎ igual que el obstáculo ʎ menor que el obstáculo No Si, pero poca Si No

14 Propiedades de las ondas difracción La difracción, depende de la relación entre la long de onda, y las dimensiones del obstáculo. onda muy grandes. Las de OM, (Onda Media) tienen una long de onda entre 180m y 6 km. con lo que es fácil, bordear montañas Las de FM (Frecuencia Modulada) que su long de onda está entre 2,7 y 3,7 m., han de bordear objetos de menor tamaño, y su recepción es deficiente, en los lugares donde es buena, la recepción de OM Las Ondas de TV, están comprendidas entre 0,1 y 10m, que provoca que interfieran en su propagación, objetos urbanos de poco tamaño, es por lo que necesitamos repetidores en lugares altos. La difracción es un fenómeno característico de las ondas, por esto se ha utilizado para saber si un fenómeno físico es o no de naturaleza ondulatoria

15 Propiedades de las ondas superposición de ondas ¿Qué pasa cuando hay dos ondas en el mismo sitio? El principio de superposición establece que: Si dos o más ondas viajeras se mueven a través de un medio, la función de onda resultante en cualquier punto es la suma algebraica de las funciones de ondas individuales. La amplitud de la onda resultante en cualquier punto es igual a la suma algebraica de las amplitudes de todas las componentes. Cuando las ondas se separan, continúan su propagación sin sufrir modificación alguna. Ejemplo : varias personas hablando a la vez, se pueden escuchar a pesar de haber tenido lugar varias interferencias

16 Propiedades de las ondas superposición de ondas Considera dos ondas armónicas de igual frecuencia y magnitud en el mismo medio. La única diferencia entre ellas es la fase, φ. Se usa el término “interferencia” aunque a veces el efecto es un incremento cuando la interferencia es “constructiva” como en (a). También puede ser “destructiva” como en (b). En general, el resultado será una onda de igual frecuencia (como en (c)) con una amplitud que dependerá de la diferencia en fase.

17 Propiedades de las ondas superposición de ondas INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA Las ondas están en fase y se refuerzan INTERFERENCIA DESTRUCTIVA Las ondas están en oposición de fase y los efectos individuales se reducen Misma dirección Dirección opuesta

18 Propiedades de las ondas interferencias Patrón de interferencia de una gota de agua que caen sobre un estanque al pasar por dos ranuras.

19 Propiedades de las ondas interferencias

20 Propiedades de las ondas ondas estacionarias Nodos: Puntos en donde se presentan mínimos Vientres : Puntos en donde ocurren máximos Es un caso particular de interferencia de ondas. Se produce cuando interfieren dos ondas de igual amplitud y frecuencia que se propagan en la misma dirección y sentido contrario

21 Propiedades de las ondas ondas estacionarias Se produce por la reflexión en medios limitados como un tubo, una cuerda, etc, de una onda. Es típico que se produzcan ondas estacionarias en los instrumentos de cuerda y en los de viento con un extremo libre e incluso dos. Se detacan tres hechos: a) Aparecen puntos (nodos) en los que la perturbación es nula b) La onda no viaja.(la energía no se puede propagar). Los nodos están quietos. c) si el medio está limitado por ambos lados no se puede producir cualquier onda, sino sólo los que originen nodos en los extremos fijos del medio

22 Propiedades de las ondas efecto Doppler Definición: es el cambio que experimenta la frecuencia con que percibimos un movimiento ondulatorio respecto de la frecuencia original a causa del movimiento de la fuente, el receptor o ambos. Casos: fuente sonora en movimiento. - Cuando la fuente se acerca al receptor, la frecuencia percibida aumenta. - Cuando la fuente se aleja del emisor la frecuencia percibida disminuye

23 Propiedades de las ondas efecto doppler Receptor en movimiento Si el receptor se acerca a la fuente percibe una frecuencia mayor pues a medida que se mueve cruza un mayor número de frentes de ondas Si el receptor se aleja de la fuente percibe una frecuencia menor pues a medida que se aleja le llegan un menor número de frentes de onda. Fuente y receptor en movimiento Si se mueven ambos, se percibe una disminución de la frecuencia si la distancia entre ellos aumenta y al contrario si disminuye.

24 Propiedades de las ondas efecto doppler Aplicaciones: Radares: para determinar la velocidad de coches, aviones, barcos… En medicina: Eco-doppler: determinar la velocidad del flujo de la sangre en venas o arterias, o si el feto está bien alimentado… En astronomía: velocidad de estrellas y galaxias Ondas de choque y de proa Avión supersónico Barrera del sonido

25 1.Una onda sonora se propaga sin amortiguamiento en el sentido negativo del eje x con una velocidad de 50 m/s. Si la amplitud es de 20 cm y su frecuencia es de 200 Hz.Calcula : a) la ecuación de propagación de la onda b) La elongación, velocidad y aceleración de un punto del medio situado a 10 cm del foco emisor al cabo de 0,5s Ejercicios de repaso 2.Calcular la desviación que experimenta un rayo sonoro al pasar del aire al agua, si forma con la normal a la superficie de separación un ángulo de 20º. b) Calcular la desviación que experimenta un rayo sonoro al pasar del agua al aire con el mismo ángulo de incidencia.Comentar el resultado. Datos : V aire =330m/s V agua =1500 m/s 3.Si los delfines emiten ondas ultrasónicas con una frecuencia de 2,5.10 5 Hz, ¿qué grosor pueden tener, como máximo, las cuerdas de una red de pescar delfines?. V agua =1500m/s sol : 6.10 -3 m 4.Un murciélago vuela en la oscuridad detectando su propio eco, si evita chocar contra la pared que está a 0,5m de distancia, ¿qué tiempo transcurre entre la emisión y percepción de los dos ultrasonidos? Sol = 2,94.10 -3 s

26 Ejercicios de repaso Una fuente sonora emite con una potencia de 15 w. Determina: a) La intensidad de esta fuente a 6 y 12 m de distancia,respectivamente. b) Nivel de intensidad para ambas situaciones c) ¿Cuál es la relación entre las amplitudes a 6 y 12 m?