Descargar la presentación
La descarga está en progreso. Por favor, espere
1
TEMA 3 FENÓMENOS ONDULATORIOS
Principio de Huygens La reflexión La reflexión del sonido: eco y reverberación La refracción Ángulo límite: fibras ópticas Láminas de caras plano-paralelas Prisma Difracción Polarización Fenómenos de interferencia Ondas estacionarias Efecto Doppler
2
Conceptos previos Frente de onda: se trata del lugar geométrico de todos los puntos que en un mismo instante son alcanzados por la perturbación, por lo que tendrán el mismo estado de vibración o estarán en fase. Rayo: son rectas que indican la dirección de propagación del movimiento ondulatorio. Son normales a los frentes de onda en todos sus puntos.
4
La frecuencia de una onda sólo depende de la fuente o foco emisor.
La longitud de onda depende de las características del medio y del foco. La velocidad de una onda depende exclusivamente de las características del medio. Índice de refracción de un medio: se trata del cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz del medio en cuestión: Como c > v siempre, n > 1 siempre. Cada medio tiene un índice de refracción que lo caracteriza. n = c/ v
5
Principio de Huygens En 1678 el físico danés Huygens propone un modelo general de propagación de las ondas materiales. Establece así un principio que lleva su nombre y que dice: “Todos los puntos de un frente de onda se comportan como centros emisores de ondas elementales o secundarias que se propagan en todas las direcciones; en un instante dado, el nuevo frente de ondas es la envolvente de las ondas secundarias”
6
LA REFLEXIÓN Se trata de un fenómeno típico de cualquier tipo de ondas. Podemos definirlo como el cambio de dirección, dentro del mismo medio, que experimenta una onda cuando incide sobre una superficie de separación entre dos medios
7
Leyes de la reflexión de Snell
Los rayos incidente y reflejado, junto con la normal, son coplanarios. Los ángulos de incidencia y de reflexión son iguales. Como no cambiamos de medio, no hay cambio de velocidad. Como la frecuencia sólo depende del foco, tampoco cambia, por lo que la longitud de onda es la misma para la onda incidente que para la reflejada.
8
Reflexión especular y reflexión difusa
9
La reflexión del sonido
El oído humano es capaz de distinguir dos sonidos si el intervalo de tiempo transcurrido entre ambos es de al menos 0,1 s. En el caso de que se produzca reflexión con el sonido, el obstáculo (superficie de separación) debe estar, al menos, a 17 m. En caso contrario, es decir, si el obstáculo se encuentra a menos distancia, se produce lo que se conoce como reverberación.
10
LA REFRACCIÓN Se trata de un fenómeno en el que una onda, cuando alcanza una superficie que separa dos medios, lo atraviesa, cambiando su dirección y su velocidad. Leyes de la refracción de Snell Los rayos incidente y refractado, junto con la normal, son coplanarios. El cociente:
11
Ángulo límite En general, cuando una onda incide sobre una superficie que separa dos medios, una parte se refleja y otra se transmite (refracción). Si el índice de refracción del segundo medio es menor que el del primero (n2 < n1) puede tener lugar una reflexión total a partir de cierto valor del ángulo de incidencia, que se conoce como ángulo límite. El ángulo límite es aquel que da como ángulo de refracción 900, es decir, que el rayo refractado sale por la línea de separación de los dos medios
13
Láminas de caras plano-paralelas
14
Prisma φ = ángulo del prisma i1 = ángulo de incidencia exterior
i2 = ángulo de incidencia interior t1 = ángulo de refracción interior t2 = ángulo de refracción exterior δ = ángulo de desviación
15
La difracción Se trata de un fenómeno exclusivamente ondulatorio. Se trata del cambio de dirección que experimenta una onda cuando encuentra a su paso un obstáculo o abertura cuyo tamaño es del orden de la longitud de onda de la onda. Los puntos del frente de onda que alcanzan la abertura u obstáculo se convierten en emisores de ondas secundarias.
16
En el caso de la luz, esto explica las zonas de sombra y penumbra que se producen detrás de los obstáculos y puso en duda el carácter corpuscular de la luz. En el caso de las ondas de radio de onda media (AM), sus longitudes de onda abarcan desde los 180 hasta los 6000 m, lo que les permite superar con facilidad obstáculos como edificios, montañas, etc. Sin embargo, las ondas de radio de la banda FM tienen longitudes de onda que van desde los 2,7 m hasta los 3,7 m, por lo que en algunos lugares se oye bien las ondas de AM pero las de FM se oyen con dificultad o no se oyen. La falta de difracción de las ondas de TV (long. de onda desde 0,1 m hasta 10 m) hace necesario instalar equipo de repetición en lugares elevados.
17
En el caso del sonido, también la difracción es la razón de que detrás de una esquina no pueda verse pero sí oírse. La explicación es que, mientras la luz tiene dificultades para difractarse al llegar a la esquina, el sonido no. La difracción sólo es habitual hasta las microondas ( λ > 1 mm) pero difícil de apreciar en la luz visible (λ < 700 nm). La difracción es una limitación para la observación de los objetos más pequeños que se pueden estudiar con el ojo humano o con un cierto instrumento óptico (microscopio o telescopio). Es decir, aunque el aparato sea técnicamente perfecto, la difracción limita el tamaño del objeto a observar. El poder de resolución de un sistema óptico es directamente proporcional al diámetro del orificio e inversamente proporcional a la longitud de onda utilizada. Así, si queremos aumentar el poder de resolución de un microscopio, debemos disminuir la longitud de onda (la luz UV nos proporciona más detalles que la luz blanca). Un microscopio electrónico utiliza electrones en lugar de fotones, pues tienen longitudes de onda del orden de 10-4 o veces la de la luz. En el caso de un telescopio, podemos aumentar el poder de resolución aumentando el diámetro del objetivo o espejo.
20
Microscopio electrónico (difracción de electrones)
21
La polarización Se trata de un fenómeno también exclusivo del movimiento ondulatorio, pero, además, de las ondas transversales. ES decir, no se da en las ondas longitudinales.
22
Las redes de difracción contienen un número muy alto de rendijas finas
Las redes de difracción contienen un número muy alto de rendijas finas. El estudio de los patrones a los que da lugar permite medir la distancia entre átomos de determinados compuestos químicos, o medir la distancia entre las pistas de un CD o de un DVD. La difracción de rayos X permite determinar con exactitud la composición y organización molecular de las sustancias que tengan estructura cristalina. Los espectros de emisión pueden obtenerse haciendo pasar la luz emitida por un elemento a través de una red de difracción
Presentaciones similares
