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Ondas

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Trabajo sobre ondas

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Ondas

  1. 1. Electrónica y Telecomunicaciones ESTUDIO DE LAS ONDAS Luis Fernando Benítez Carpio Luis_fernando_99@hotmail.com RESUMEN: En el presente trabajo realizado estacionaria donde la transferencia de energía se hablamos sobre las ondas que son una divulgación de propaga en ambas direcciones por igual, o para ondas perturbaciones en el espacio, en el cual, el espacio se electromagnéticas / luminosas en el vacío, e incluso considera como un medio en el que pueden producirse ondas en el agua, donde el concepto de medio no y propagarse dichas perturbaciones. También puede ser aplicado. trataremos acerca de los elementos y características de las ondas, su origen físico, su diferencia en este o la naturaleza de las mismas, cada una de las ondas Por tales razones, las ondas se conforman como manifestando distintos efectos en el medio en que se una característica rama de la física que se ocupa de las propagan. Por ello trataremos los diversos tipos de propiedades de los fenómenos ondulatorios ondas que existen para así poder conocer sus independientemente de cuál sea su origen físico. Una diferentes aspectos como: su medio, la propagación, la particularidad de estos fenómenos ondulatorios es que dirección de la perturbación y su periodicidad. a pesar de que el estudio de sus características no depende del tipo de onda en cuestión, los distintos orígenes físicos que provocan su aparición les confieren propiedades muy particulares que las PALABRAS CLAVES: onda, elementos, distinguen de unos fenómenos a otros. Un ejemplo muy propiedades, clasificación. concreto se da en la acústica la cual se diferencia de la óptica en que las ondas sonoras están relacionadas con aspectos más mecánicos que las ondas electromagnéticas. Por lo tanto, las diferencias en el 1. INTRODUCCIÓN origen o naturaleza de las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el medio en que se propagan, por Onda es una divulgación de una o varias ejemplo en el caso del aire: vórtices, presión de perturbaciones de alguna propiedad de un medio, que radiación, ondas de choque, entre otras y en el caso de se transporta a través del espacio llevando consigo un los sólidos: Dispersión, entre otras. tipo de energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio o el vacío. 2. CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS Las ondas se clasifican atendiendo a diferentes aspectos: 2.1. EN FUNCIÓN DEL MEDIO EN EL QUE SE PROPAGAN 2.1.1. ONDAS MECÁNICAS: Estas necesitan de un medio elástico (sólido, Figura 1. Propagación de ondas líquido o gaseoso) para propagarse sin desplazar materia. Las partículas del medio oscilan alrededor de También podemos decir que una perturbación o un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de pulso es una alteración instantánea del equilibrio que se materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra cuyo extremo se sacude, la alfombra no se produce en el sistema por medio de un agente externo. En una onda, la energía de una vibración se va desplaza, sin embargo una onda se propaga a través alejando de la fuente en forma de una perturbación que de ella, o el sonido, las ondas se propagan el aire, en el se propaga en el medio circundante. Aunque, esta agua, etc. La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio como: la homogeneidad, la noción es problemática en casos como una onda 1
  2. 2. Electrónica y Telecomunicaciones elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se ondas mecánicas se encuentran: las ondas elásticas, producen en una superficie líquida en reposo cuando, las ondas sonoras y las ondas de gravedad. se deja caer una piedra en ella. 2.1.2. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: 2.2.3. ONDAS TRIDIMENSIONALES O ESFÉRICAS: Estas no necesitan de un medio en el espacio y Son ondas que se propagan en tres direcciones. se propagan en el vacío a la velocidad de la luz Las ondas tridimensionales se conocen también como aproximadamente a una velocidad de 300000 km por ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son segundo en todas sus direcciones, transportan energía esferas concéntricas que salen de la fuente de eléctrica y magnética. Esto es debido a que las ondas perturbación expandiéndose en todas direcciones. electromagnéticas son producidas por las oscilaciones Ejemplos de ondas tridimensionales son: las ondas de un campo eléctrico, en relación con un campo sonoras y ondas electromagnéticas. magnético asociado. Así podemos citar: la luz , ondas de radio, radar, televisión, infrarrojos, de luz ultravioleta, de los rayos x, entre otros. 2.3. EN FUNCIÓN DE LA DIRECCIÓN DE LA PERTURBACIÓN 2.1.3. ONDAS GRAVITACIONALES: 2.3.1. ONDAS LONGITUDINALES: Las ondas gravitacionales son perturbaciones que Cuando las partículas del medio vibran hacia alteran la geometría misma del espacio-tiempo y delante y hacia atrás en la misma dirección que se aunque es común representarlas viajando en el vacío, propaga la perturbación, por ejemplo cuando estiramos técnicamente no podemos afirmar que se desplacen o comprimimos un resorte, ondas de sonido, un muelle por ningún espacio, sino que en sí mismas son que se comprime da lugar a una onda longitudinal. alteraciones del espacio-tiempo. 2.3.2. ONDAS TRANSVERSALES: 2.2. EN FUNCIÓN DE SU PROPAGACIÓN O FRENTE DE ONDA Son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas, otro claro ejemplo sería la vibración de una cuerda tensa. Figura 2. Propagación o frente de onda Figura 3. Ondas transversales 2.2.1. ONDAS UNIDIMENSIONALES: Son aquellas que se propagan a lo largo de una sola Las ondas pueden tomar diferentes formas, pero dirección del espacio, como las ondas en los muelles o hay dos tipos fundamentales de ondas: “longitudinales” en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección y “transversales”. Ambos tipos de ondas son única, sus frentes de onda son planos y paralelos. alteraciones o disturbios en movimiento, pero son diferentes por la manera en la que viajan o se mueven. Cuando una onda viaja a través de un medio, las partículas que constituyen este medio se alteran de su 2.2.2. ONDAS BIDIMENSIONALES O posición “en equilibrio” o en reposo. En las ondas SUPERFICIALES: longitudinales, las partículas son alteradas en dirección paralela a la dirección que la onda propaga. Después Son ondas que se propagan en dos direcciones. de que cualquier tipo de onda pasa a través de un Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones medio, las partículas vuelven a su posición de de una superficie, por ello, se denominan también equilibrio. Por consiguiente, las ondas viajan a través 2
  3. 3. Electrónica y Telecomunicaciones de un medio sin un desplazamiento neto de las partículas del medio. 3.8. PERÍODO (T): 2.4. EN FUNCIÓN DE SU PERIODICIDAD Es el tiempo que transcurre entre el inicio de una perturbación y el inicio de la siguiente. 2.4.1. Ondas periódicas: 1 (1) T La perturbación local que las origina se produce f en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal. 3.9. FRECUENCIA (f): 2.4.2. Ondas no periódicas: Es el número de oscilaciones completas descritas en la unidad de tiempo, medida en hertz. La frecuencia La perturbación que las origina se da aisladamente está es relacionado por: o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas 1 (2) aisladas también se denominan pulsos. f  T En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una 3. ELEMENTOS DE UNA ONDA onda son recíprocos entre sí. 3.1. VALLE 3.10. LA FRECUENCIA ANGULAR (ω): Es el punto mas bajo de una onda. Representa la frecuencia en radianes por segundo. Está relacionada con la frecuencia por 3.2. CICLO(c): (3) Cuando el estado de movimiento de la partícula se repite al cabo de un determinado período de tiempo con velocidad y aceleración. Es una oscilación, o viaje completo de ida y vuelta. 3.11. VELOCIDAD DE LAS ONDAS: 3.3. CRESTA: Una onda es una alteración o disturbio que viaja Es el punto más alto de dicha amplitud o punto o se mueve. La velocidad de la onda es una descripción máximo de saturación de la onda. de cuán rápido viaja una onda. La velocidad de la onda está relacionada con la frecuencia, el período y la 3.4. AMPLITUD(A): longitud de onda a través de las simples ecuaciones: La amplitud es la distancia vertical comprendida entre la posición de equilibrio y la cresta o un valle.  v (4) 3.5. LONGITUD DE ONDA(λ): T (5) Es el espacio recorrido por una perturbación v  . f Donde v es la velocidad de la onda, es la durante un período; o la distancia entre dos crestas o longitud de onda, T es el período, y f es la frecuencia. dos valles seguidos. Suele medirse en metros. La velocidad de la onda se mide en unidades de metros por segundo (m/s). 3.6. NODO: Y, si se conoce la distancia, d, que se propaga Es el punto donde la onda cruza la línea de una onda y el tiempo, t, que tarda en hacerlo, también equilibrio. se puede determinar la velocidad de propagación de ella con la relación: 3.7. ELONGACIÓN: d (6) Es la distancia que hay, en forma perpendicular, v entre un punto de la onda y la línea de equilibrio. t 3
  4. 4. Electrónica y Telecomunicaciones Para una mejor comprensión de los elementos de una onda a continuación se presenta la siguiente figura: Figura 6. Difracción de ondas 4.2. EFECTO DOPPLER: Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas. Figura 4.Elementos de una onda 4. PROPIEDADES DE LAS ONDAS Figura 7. Efecto Doppler Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas/montes y valles, y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una onda transversal 4.3. INTERFERENCIA: son aquellas con las vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen Ocurre cuando dos ondas se combinan al ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. encontrarse en el mismo punto del espacio. Es un Ondas longitudinales son aquellas con vibraciones fenómeno característico de todo fenómeno ondulatorio paralelas en la dirección de la propagación de las ya sea ondas en el agua, ondas sonoras u ondas de ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras. luz. Figura 5. Ondas marinas Figura 8. Interferencia de ondas Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de situaciones estándar. Todas las 4.4. REFLEXIÓN: ondas pueden experimentar lo siguiente: Es el fenómeno físico por el cual una onda choca con un obstáculo, se refleja y cambia la dirección y 4.1. DIFRACCIÓN: sentido de propagación de la onda, como se muestra en el gráfico a continuación: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo. Normal i r Figura 9. Reflexión de ondas 4
  5. 5. Electrónica y Telecomunicaciones 4.4.1. Angulo de incidencia(i): una cuerda en el eje x, a una velocidad v y con una amplitud u, sería: Es el ángulo entre el rayo incidente y la normal del obstáculo. (7) 4.4.2. Angulo de reflexión(r): Trasladado Ec. (7) a tres dimensiones, sería Es el ángulo entre el rayo reflejado y la normal al obstáculo. 4.4.3. Propiedades de la reflexión (8) 1. Cuando un rayo de luz incide en una superficie 6. CONCLUSIONES pulida este se refleja y se observa que: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal se encuentra en un mismo plano  Onda es una perturbación que se propaga a través de un medio, donde no se considera el 2. Si se miden los ángulos de incidencia y de reflexión espacio como un todo sino como un medio en se puede constatar que son iguales, al variar el ángulo el que pueden producirse y propagarse dichas de incidencia se mantiene la igualdad, por lo que se perturbaciones a través de él, además sus concluye que el ángulo de incidencia es igual al ángulo elementos que las componen, transportando de reflexión energía sin que haya desplazamiento de materia.  Las propiedades de las ondas son diversas en 4.5. REFRACCIÓN por lo cual hay que estudiarlas de una manera adecuada y por separado ya que existen como Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar se lo dijo antes diversas clasificaciones de en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad. ondas. Normal 7. BIBLIOGRAFÍA i  http://es.wikipedia.org/wiki/Onda  FÍSICA 2 FLUIDOS, CALOR, ONDAS Y SONIDO, Edmundo V. Salinas Pineda, Quito  SHAUM, Daniel, Física general, México, Editorial McGRAW-HILL, 1993 r  Microsoft Encarta(ondas) Figura 10. Refracción de ondas 4.6. ONDA DE CHOQUE: Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono. 5. ECUACIÓN DE ONDA La ecuación de onda es un tipo de ecuación diferencial que describe la evolución de una onda armónica simple a lo largo del tiempo. Esta ecuación presenta ligeras variantes dependiendo de cómo se transmite la onda, y del medio a través del cual se propaga. La ecuación de una onda unidimensional que se transmite a lo largo de 5

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