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4ondas

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4ondas

  1. 1. T.4 Ondas 1.1. Movimiento ondulatorio. Tipos deMovimiento ondulatorio. Tipos de ondas.ondas. 2.2. Magnitudes características de lasMagnitudes características de las ondas. Ecuación de las ondasondas. Ecuación de las ondas armónicas unidimensionales.armónicas unidimensionales. 3.3. Intensidad de una ondaIntensidad de una onda 4.4. Ondas estacionarias: sonido.Ondas estacionarias: sonido. Contaminación acústicaContaminación acústica.. 5.5. Principio de Huyghens: reflexión,Principio de Huyghens: reflexión, refracción. Principio de Fermatrefracción. Principio de Fermat 6.6. InterferenciaInterferencia 7.7. DifracciónDifracción 8.8. Ondas electromagnéticasOndas electromagnéticas 9.9. Efecto DopplerEfecto Doppler 10.10. PolarizaciónPolarización 11.11. Visión humanaVisión humana © Patricio Gómez Lesarri
  2. 2. ObjetivosObjetivos 1.1. Describir un pulso de onda y una onda progresivaDescribir un pulso de onda y una onda progresiva 2.2. Clasificar las ondas en longitudinales y transversalesClasificar las ondas en longitudinales y transversales 3.3. Interpretar gráficas desplazamiento-distancia (o tiempo) para una ondaInterpretar gráficas desplazamiento-distancia (o tiempo) para una onda 4.4. Establecer los órdenes de magnitud de los tipos de ondas electromagnéticasEstablecer los órdenes de magnitud de los tipos de ondas electromagnéticas 5.5. Investigar experimentalmente la velocidad del sonidoInvestigar experimentalmente la velocidad del sonido 6.6. Interpretar figuras que incluyan frentes de onda y rayosInterpretar figuras que incluyan frentes de onda y rayos 7.7. Determinar intensidades mediante su dependencia con el inverso de la distanciaDeterminar intensidades mediante su dependencia con el inverso de la distancia 8.8. Describir la formación de ondas estacionarias y modos de vibración en tubos yDescribir la formación de ondas estacionarias y modos de vibración en tubos y cuerdascuerdas 9.9. Explicar los fenómenos de reflexión, refracción, difracción e interferenciaExplicar los fenómenos de reflexión, refracción, difracción e interferencia 10.10. Describir cualitativamente la interferencia con una doble rendijaDescribir cualitativamente la interferencia con una doble rendija 11.11. Describir cuantitativamente la difracción con una rendijaDescribir cuantitativamente la difracción con una rendija 12.12. Describir la polarización. Métodos de polarización. Utilizar la ley de MalusDescribir la polarización. Métodos de polarización. Utilizar la ley de Malus
  3. 3. 1. Movimiento ondulatorio1. Movimiento ondulatorio Propagación de una perturbación en un medio noPropagación de una perturbación en un medio no asociada a un movimiento materialasociada a un movimiento material http://www.youtube.com/watch?v=U_sYiCPHVPghttp://www.youtube.com/watch?v=U_sYiCPHVPg
  4. 4. 1. Tipos de ondas1. Tipos de ondas • Dirección de propagaciónDirección de propagación - Transversales- Transversales: luz,: luz, ondas S (secundarias,ondas S (secundarias, shakeshake)) -- LongitudinalesLongitudinales: sonido,: sonido, ondas sísmicas Pondas sísmicas P (primaria,(primaria, pressurepressure)) • Medio de propagaciónMedio de propagación - Mecánicas- Mecánicas: sonido: sonido -- ElectromagnéticasElectromagnéticas:: radiación, luz visibleradiación, luz visible
  5. 5. 2. Ecuación de ondas2. Ecuación de ondas Magnitudes características de las ondasMagnitudes características de las ondas • T:T: periodoperiodo (s)(s) ωω =2=2ππ/T = 2/T = 2ππ..νν • νν:: frecuenciafrecuencia (s(s-1-1 = Hz)= Hz) νν = 1/T= 1/T • λ:λ: longitud de ondalongitud de onda (m)(m) • k:k: número de ondasnúmero de ondas (m(m-1-1 )) k = 2k = 2ππ//λλ • v:v: velocidad de propagaciónvelocidad de propagación (m.s(m.s-1-1 )) v =v = λλ/T =/T = λλ .. νν == ωω/k/k
  6. 6. 2. Ecuación de ondas2. Ecuación de ondas Ecuación de ondasEcuación de ondas unidimensionalunidimensional y =A.sen 2y =A.sen 2ππ(t/T(t/T ± x/± x/λλ) +) + φφoo y =A.sen (y =A.sen (ωω.t.t ± k.x± k.x ++ φφoo))
  7. 7. 2. Ecuación de ondas2. Ecuación de ondas • Puntos en fasePuntos en fase: vibran al unísono. Están: vibran al unísono. Están separados por una o varias longitudes de ondaseparados por una o varias longitudes de onda ((λλ) o una diferencia de fase de 2) o una diferencia de fase de 2ππ radianesradianes • Puntos en oposición de fasePuntos en oposición de fase: vibran de forma: vibran de forma opuesta. Están separados por una o númeroopuesta. Están separados por una o número impar de semilongitudes de onda (impar de semilongitudes de onda (λλ/2) o una/2) o una diferencia de fase dediferencia de fase de ππ radianesradianes
  8. 8. 3. Intensidad de una onda3. Intensidad de una onda  Cantidad de energía propagada por unidadCantidad de energía propagada por unidad de tiempo y superficie. Se mide en J.s-1m-2de tiempo y superficie. Se mide en J.s-1m-2 = W.m-2= W.m-2  La intensidadLa intensidad disminuye con el cuadradodisminuye con el cuadrado de la distanciade la distancia:: E1 = E2E1 = E2 ⇒⇒  La intensidad es proporcional al cuadrado deLa intensidad es proporcional al cuadrado de la amplitud, por lo que ésta disminuyela amplitud, por lo que ésta disminuye inversamente con la distanciainversamente con la distancia dt dE S I . 1 = 2 22 2 11 44 RIRI .... ππ = 2 r c I =
  9. 9. 4. Sonido4. Sonido o Onda mecánica: se puede propagar en cualquie medio material o La velocidad de propagación aumenta con la rigidez del medio. En el aire, 340 m/s o El tipo de vibración es longitudinal, lo qiue impide la polarización v = Rigidez Inercia v = γP ρ = γ RT M
  10. 10. 4. Características del sonido4. Características del sonido  TonoTono: frecuencia del: frecuencia del sonido, comprendidasonido, comprendida entre 16 y 20000 Hz.entre 16 y 20000 Hz. UltrasonidosUltrasonidos  TimbreTimbre: forma de la: forma de la onda, número deonda, número de armónicosarmónicos  SonoridadSonoridad: intensidad: intensidad de la ondade la onda
  11. 11. 4. Ondas estacionarias4. Ondas estacionarias  Suma de dos ondas de laSuma de dos ondas de la misma frecuencia ymisma frecuencia y sentidos opuestossentidos opuestos  Onda no se desplaza,Onda no se desplaza, confinada en una regiónconfinada en una región  NodosNodos  AntinodosAntinodos
  12. 12. 4. Condiciones de contorno4. Condiciones de contorno  Ondas que se propaganOndas que se propagan entre dos puntos fijosentre dos puntos fijos que no vibranque no vibran  Frecuencia fundamentalFrecuencia fundamental y armónicosy armónicos n L2 =λ n V o.ν λ ν ==
  13. 13. 4. Ondas estacionarias4. Ondas estacionarias
  14. 14. 4. Nivel de intensidad acústica4. Nivel de intensidad acústica  Nivel de sonoridadNivel de sonoridad:: escala logarítmicaescala logarítmica  Se mide en Belios (B) oSe mide en Belios (B) o dBdB  Cada unidad equivale aCada unidad equivale a multiplicar por 10multiplicar por 10  Escala de RichterEscala de Richter oI I log.10=β
  15. 15. 4. Nivel de intensidad acústica4. Nivel de intensidad acústica RuidoRuido Nivel de intensidad acústicaNivel de intensidad acústica (dB)(dB) SusurroSusurro 1010 Conversación normalConversación normal 6060 Gritos, tráfico intensoGritos, tráfico intenso 8080 Motocicleta o camión,Motocicleta o camión, discotecasdiscotecas 100100 Umbral de dolor, bocinaUmbral de dolor, bocina 120120 Martillo neumáticoMartillo neumático 130130 Avión a reacciónAvión a reacción 150150
  16. 16. 4. Contaminación acústica4. Contaminación acústica
  17. 17. 5. Propagación de la luz5. Propagación de la luz Modelo corpuscularModelo corpuscular René DescartesRené Descartes ““DióptricaDióptrica”” • Ley de reflexiónLey de reflexión • Ley de refracciónLey de refracción
  18. 18. 5. Modelo corpuscular5. Modelo corpuscular Isaac NewtonIsaac Newton ““ÓpticaÓptica”” • Espectro de la luzEspectro de la luz • Explicación del arco irisExplicación del arco iris
  19. 19. 5. Principio de Huyghens5. Principio de Huyghens H. Christiaan HuyghensH. Christiaan Huyghens • defensor del modelodefensor del modelo ondulatorio frente aondulatorio frente a NewtonNewton
  20. 20. 5. Principio de Huyghens5. Principio de Huyghens ““Todo punto de un frenteTodo punto de un frente de onda se convierte ende onda se convierte en un foco emisor de ondasun foco emisor de ondas cuya envolvente es elcuya envolvente es el nuevo frente de ondanuevo frente de onda””
  21. 21. 5. Reflexión de la luz5. Reflexión de la luz Cambio en la dirección deCambio en la dirección de la luz al encontrar unla luz al encontrar un objeto opacoobjeto opaco Estudiada por EuclidesEstudiada por Euclides Explicación corpuscularExplicación corpuscular y ondulatoriay ondulatoria
  22. 22. 5. Refracción de la luz5. Refracción de la luz Cambio en la dirección deCambio en la dirección de propagación al pasar de unpropagación al pasar de un medio a otromedio a otro Corpuscular: se propaga másCorpuscular: se propaga más rápidamente en el aguarápidamente en el agua Ondulatorio: se propagaOndulatorio: se propaga más rápidamente en el aire.más rápidamente en el aire. Experimentum crucisExperimentum crucis:: FizeauFizeau
  23. 23. 5. Principio de Fermat5. Principio de Fermat La luz se propaga por elLa luz se propaga por el camino más rápidocamino más rápido espejismos, posiciónespejismos, posición aparente de las estrellas.aparente de las estrellas.
  24. 24. 6. Interferencia6. Interferencia Principio de superposiciónPrincipio de superposición Young, Arago, FresnelYoung, Arago, Fresnel
  25. 25. 6. Interferencia6. Interferencia Interferencia constructiva: Ondas en fase Interferencia destructiva: Ondas en oposición de fase ∆x = nλ ∆x = 2n+1 2 λ
  26. 26. 6. Interferencia6. Interferencia
  27. 27. 7. Difracción7. Difracción Francesco Mª GrimaldiFrancesco Mª Grimaldi • Cambio en la direcciónCambio en la dirección de propagación node propagación no asociada a reflexión oasociada a reflexión o refracciónrefracción
  28. 28. 7. Difracción7. Difracción Se produce cuando la onda seSe produce cuando la onda se encuentra con un objeto deencuentra con un objeto de dimensiones parecidas a las de ladimensiones parecidas a las de la longitud de ondalongitud de onda
  29. 29. 7. Difracción de Fraunhoffer7. Difracción de Fraunhoffer • Interferencia constructiva:Interferencia constructiva: • b.senb.sen θθ = n.= n.λλ • b.b.θθ = n.= n.λλ I = Io. senx x      ÷ 2
  30. 30. 7.7. Resolución. Criterio de Rayleigh *Resolución. Criterio de Rayleigh * • Resolución: capacidadResolución: capacidad para distinguir dospara distinguir dos objetos como dosobjetos como dos fuentes de luz diferentesfuentes de luz diferentes • Dos fuentes sonDos fuentes son distinguibles cuando eldistinguibles cuando el primer mínimo deprimer mínimo de difracción de unadifracción de una coincide con el máximocoincide con el máximo de la otrade la otra θ =1,22. λ b
  31. 31. 8. Efecto Doppler8. Efecto Doppler o Cambio en la frecuencia de una onda debido al movimiento de la fuente o el observador o La onda tiene frecuencia mayor al acercarse y menor al alejarse
  32. 32. 8. Efecto Doppler8. Efecto Doppler o ν: Frecuencia observada o νo Frecuencia original o V: velocidad de la onda o Vo: velocidad del observador o Vs: velocidad del foco o Aplicaciones: sirenas, radares de velocidad, desplazamiento al rojo
  33. 33. 8. Ondas de choque8. Ondas de choque o Interferencia constructiva en el caso de focos movimiento de velocidad similar a la onda
  34. 34. 8. Polarización8. Polarización
  35. 35. 8. Ley de Malus • Intensidad de la luz polarizada al pasar por un polarizador I = Io.cos2 θ
  36. 36. 9. Ecuaciones de Maxwell9. Ecuaciones de Maxwell Unificación del electromagnetismoUnificación del electromagnetismo y la Ópticay la Óptica oS q SdE ε =∫  . ∫ = S SdB 0.  ∫ ∫−= S SdB dt d ldE  .. ∫∫ ∫ += S oo C S o SdE dt d SdjldB  ..... εµµ oo c µε . 1 =
  37. 37. 9. Naturaleza de las ondas electromagnéticas9. Naturaleza de las ondas electromagnéticas o Las ondas electromagnéticas sonLas ondas electromagnéticas son perturbaciones periódicasperturbaciones periódicas que se producen por laque se producen por la vibración de dos camposvibración de dos campos, uno, uno eléctrico y otro magnético, mutuamenteeléctrico y otro magnético, mutuamente perpendicularesperpendiculares.. o Esta perturbación se propaga en el espacioEsta perturbación se propaga en el espacio transversalmentetransversalmente,, en medios materiales y en el vacío.en medios materiales y en el vacío. o Su velocidad depende del tipo de medio, siendo máxima en elSu velocidad depende del tipo de medio, siendo máxima en el vacío, donde equivale avacío, donde equivale a 3.103.1088 m/sm/s. Es el. Es el valor máximovalor máximo al queal que puede transmitirse cualquier señal en el Universo.puede transmitirse cualquier señal en el Universo.
  38. 38. 9. Espectro electromagnético9. Espectro electromagnético LlamamosLlamamos espectroespectro electromagnéticoelectromagnético al conjunto deal conjunto de radiaciones de distintas frecuenciasradiaciones de distintas frecuencias que componen la radiaciónque componen la radiación electromagnética.electromagnética. Está formado por las ondas deEstá formado por las ondas de radio, microondas, infrarrojo,radio, microondas, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X y rayosvisible, ultravioleta, rayos X y rayos γγ..

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