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Las Ondas

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Documento que explica el concepto de ondas y la transferencia de la energía

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  • 1. Las Ondas Material para el curso online
  • 2. Introducción Las ondas son un fenómeno natural que todos hemos experimentado. Desde los patrones que se forman en el agua al lanzarle una piedra, hasta los más sofisticados sistemas de comunicación por satélite están asociados al fenómeno ondulatorio.
  • 3. Definición El diccionario Webster define el concepto onda como: “ disturbio o variación que transfiere energía progresivamente de un punto a otro a través de un medio que puede tomar la forma de una deformación elástica o variación en la presión, en la intensidad eléctrica o magnética, en el potencial eléctrico o en la temperatura.”
  • 4. Clasificación
    • Existen dos tipos de ondas:
      • las ondas electromagnéticas - Las ondas electromagnéticas no requieren de un medio de propagación, por lo que pueden propagarse en el vacío.
      • las ondas mecánicas - Las ondas mecánicas requieren de un medio para propagarse, por lo que no pueden propagarse en el vacío.
  • 5. Las ondas mecánicas y el medio de propagación Considera un material que se encuentra en reposo. Cada partícula que lo compone se encuentra en una posición de reposo o equilibrio. Al aplicar un impulso en el material, se crea un disturbio que se propagará de partícula en partícula a través del medio. Este disturbio hará oscilar a las partículas de un lado a otro o de arriba abajo . Según la dirección en la que oscilan las partículas del medio, respecto a la dirección de propagación de la onda, se clasifica la misma. Las ondas mecánicas se clasifican en dos categorías: las ondas mecánicas longitudinales y las ondas mecánicas transversales .
  • 6. Las ondas mecánicas longitudinales Las ondas mecánicas longitudinales son todas aquellas ondas que al propagarse a través del medio, hacen que las partículas de las cuales se compone el medio, comiencen a oscilar alrededor de un punto de equilibrio en una dirección paralela a la dirección de propagación de la onda.
  • 7. Las ondas mecánicas transversales Las ondas mecánicas transversales se caracterizan toda vez que al propagarse a través del medio, hacen que las partículas de las cuales se compone el medio, oscilen alrededor de un punto de equilibrio, en una dirección perpendicular a la dirección de propagación de la onda
  • 8. Otras ondas mecánicas Existen ondas que son una combinación de las ondas mecánicas transversales y longitudinales. Un ejemplo son las ondas en la superficie del agua. Cuando la onda se propaga en aguas con profundidad considerable, las moléculas del agua oscilan en una trayectoria circular. Fijate que tiene un componente longitudinal y otro transversal.
  • 9. Representación Gráfica Una onda se concibe como un disturbio que se propaga ritmicamente de un punto a otro, repitiendose en el tiempo y en el espacio. Es muy común representar gráficamente a la onda con una gráfica sinusoidal. A los puntos máximos los llamamos crestas y a los mínimos los llamamos valles. Crestas Valles
  • 10. Representación Gráfica Observa que la representación gráfica de la onda es un patrón repetitivo de crestas y valles alternadamente. A cada parte de ese patrón que se repite lo llamamos un ciclo. Un ciclo representa la oscilación de una partícula en el medio de propagación desde su posición de equilibrio hasta el despla z amiento máximo a cada lado y de regreso al punto de equilibrio. Ciclo
  • 11. Las características Las propiedades físicas del medio, tales como: la densidad, la temperatura, la elasticidad y el estado físico entre otras, determinarán las características de la onda. Algunas de las características de las ondas son respecto al espacio y otras son respecto al tiempo. Entre las características respecto al espacio están: la amplitud y el largo de onda. Mientras que las características respecto al tiempo son: el periodo, la frecuencia y la rapidez de propagación.
  • 12. El largo de onda (  ) El largo de onda se refiere a la distancia requerida por la onda para completar un ciclo. El largo de onda, por ser una característica de longitud, se mide en unidades de longitud. Según el Sistema Internacional de medidas se expresa su magnitud en múltiplos o fracciones de la unidad básica, el metro.
  • 13. Sabias que… En ocasiones nos referimos a la onda por su largo de onda. Los radios aficionados que utilizan la banda civil (cb) se refieren a sus radios como, once metros. En realidad once metros es la medida del largo de onda de la señal que transmiten.
  • 14. La amplitud La amplitud se refiere al desplazamiento máximo de cada partícula en el medio de propagación respecto a la posición de equilibrio de la misma. Se utiliza el metro como unidad de medida según el Sistema Internacional de medidas. La amplitud está asociada a la energía de la onda.
  • 15. El periodo (T) El periodo se refiere al tiempo que le toma a la onda en completar un ciclo. El periodo, por ser una unidad de tiempo se mide en segundos. Cada ciclo tarda dos segundos (T = 2s).
  • 16. La frecuencia (f) La frecuencia se refiere a la cantidad de ciclos que la onda completa en un segundo. La frecuencia se mide en Hertz (Hz) y es recíproca al periodo. La onda completa un cilco cada 0.8 s, así que su periodo es de 0.8s.
  • 17. La frecuencia (f) Ejemplo: Determina el periodo de un onda si su frecuencia es de 20 kHz. Solución: Dado: f = 20kHz T = ? Fórmula básica: T = 1 / f
    • Substituir los valores dados con sus unidades.
    • T = 1 / f = 1 / 20 kHz = 1 / 20,000 Hz = 0.00005 s = 50 x 10 –6 = 50  s
    1. Hacer un inventario de los datos dados y la desconocida. 3. Debe asegurarse de expresar el resultado con las unidades de medidas correctas. En este ejemplo se expresó el resultado utilizando los prefijos del Sistema Internacional de medidas.
  • 18. Sabías que… Al sintonizar tu estación de radio favorita, lo haces por su frecuencia. Por ejemplo, una emisora FM que se encuentra en el 100.6, implica que la frecuencia de la onda que transmite es de 100.6 MHz o sea 100, 600, 000 ciclos por segundo. Las emisoras FM transmiten ondas con frecuencias en los millones de ciclos por segundo, mientras que las estaciones AM transmiten ondas con frecuencias en los miles de ciclos por segundo.
  • 19. La rapidez de propagación (v) La rapidez de propagación es la rapidez con la que la onda se desplaza. Las ondas electromagnéticas se desplazan con una rapidez de 300,000,000 m/s en el vacio. Las ondas mecánicas se desplazan con menor rapidez.
  • 20. La rapidez de propagación (v) Ejemplo: Una onda con frecuencia igual a 200Hz viaja con una rapidez de 330 m/s. ¿Cuánto es su largo de onda? Solución: Dado: f = 200 Hz v = 330 m/s  = ? Fórmula básica: v =  f 2. Manipular algebraicamente la fórmula de forma tal que sirva para hallar la desconocida.  =v/f 3. Substituir los valores dados con sus unidades.  =v/f = (330m/s) / (200Hz) = 1.65 m 1. Hacer un inventario de los datos dados y la desconocida. 4. Asegurarse de expresar el resultado con las unidades de medidas correctas.
  • 21. Referencias
    • Walker, James S.. (2002) Physics . Prentice Hall.
    • Serway, Raymond A. (1997) Physics for scientist and engineers . Saunders College Publishing.
    • The physics classroom