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Ondas

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Propiedades de la ondas

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Ondas

  1. 1. Ondas<br />Sus propiedades, características y transferencia de energía<br />Materia: Física<br />Nivel: 10-12<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  2. 2. Reflexión<br />
  3. 3.
  4. 4. Estándares<br />
  5. 5. Actividades<br />Las ondas<br />
  6. 6. Actividad de inicio<br />Lucía y Raúl son hermanos. A Lucía le gusta escuchar reggaeton, mientras que a Raúl le gustan las baladas. Raúl le dice a Lucía que no escuche esa música porque se puede quedar sorda. Lucía le responde que su música es mejor porque tiene más energía. ¿Quién tiene la razón?<br />
  7. 7. Discusión<br />¿Qué diferencia hay en la forma en que se escuchan los distintos tipos de música?<br />¿Qué tipo de onda es la música? <br />¿De qué forma transfieren la energía?<br />
  8. 8. El vúmetro<br />http://www.youtube.com/watch?v=GMH2HCYh-hU<br />
  9. 9. Otros ejemplos<br />http://www.youtube.com/watch?v=RQTXjvMuY-U&feature=related<br />http://www.youtube.com/watch?v=fLk_5-4Dchs&feature=related<br />
  10. 10. Discusión<br />¿Qué es un vúmetro?<br />¿Hay diferencia en la forma en que el instrumento percibe los sonidos?<br />Identifica diferencias entre la forma en que se emite la luz y el sonido.<br />¿Qué tipo de onda es el sonido?<br />¿Quétipo de ondaes la luz?<br />
  11. 11. Sonómetro<br />Es un instrumento para medir la intensidad del sonido en decibeles.<br />
  12. 12. Midiendo los decibeles<br /> 0:005 0:01 0:015 0:02 0:025 0:03 0:035 0:04 0:045 0:05<br />
  13. 13. Sonómetro<br />Utiliza el sonómetro para medir la intensidad del sonido para los dos tipos de música: la balada y el reggaeton. <br />Debes mantener el ajuste de volumen en el mismo nivel. <br />Observa la escala y anota las cantidades en la tabla provista.<br /> 0:005 0:01 0:015 0:02 0:025 0:03 0:035 0:04 0:045 0:05<br />
  14. 14. Escala de intensidad <br />
  15. 15. Imagina<br />Imagina que estás en una fiesta en un “party” o una discoteca, la música está exageradamente alta. Pides un refresco y te lo sirven en un vaso. Lo observas, lo pones sobre la mesa y de momento el vaso se cae. <br />¿Por qué crees que ocurre esto?<br />
  16. 16. ¿Qué es una onda?<br />Actividades de desarrollo de contenido<br />
  17. 17. Demostraciones<br />
  18. 18. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Las ondas y la energía<br />Onda<br />Perturbación periódica que viaja por un campo o medio.<br />Las ondas pueden llevar energía sin transferir materia.<br />Pulso<br />Perturbaciónúnica<br />
  19. 19. Clasificación<br />Por el medio por el que viajan:<br />Medio <br />Material a través del que la energía de una onda se transfiere<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  20. 20. Clasificación<br />Requieren un medio<br />Ondas mecánicas<br />No requieren un medio<br />Ondas electromagnéticas<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  21. 21.
  22. 22. Ondas mecánicas <br />Se clasifican por la forma en que desplazan la materia y transportan la energía en:<br />Onda transversal<br />Onda longitudinal<br />Onda de superficie<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  23. 23. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Longitudinal<br />Onda mecánica donde las partículas vibran paralelamente a la dirección de la onda<br />Ejemplo: el sonido<br />
  24. 24. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Transversal<br />Transversal<br />Onda mecánica que vibra perpendicularmente a la dirección del movimiento de la onda<br />Ejemplo: resorte<br />
  25. 25. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Onda de superficie:<br />Tiene características de onda transversal y longitudinal.<br />Las partículas se mueven perpendicular () a la dirección en que se desplazan<br />Ejemplo: <br />Tirar una piedra en el agua<br />
  26. 26. Características<br />De las ondas<br />
  27. 27. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Largo de onda = l<br />Es la distancia horizontal entre puntos correspondientes<br />
  28. 28. Amplitud = A<br />Desplazamiento máximo en relación con la posición de equilibrio<br />La amplitud no afecta su largo de onda, su frecuencia o rapidez<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  29. 29. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Amplitud y punto de equilibrio<br />Crestas= C <br />Punto de máximo desplazamiento <br />eje positivo<br />Valles= V<br />Punto de mínimo desplazamiento <br />Eje negativo<br />
  30. 30. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Frecuencia (f) ->Hertz<br />Es el número de largos de onda que pasan por un punto en un segundo<br />El nombre de la unidad es Hertz<br />(Hz) para (1/s) o s-1<br />
  31. 31. Explorando la frecuencia<br />
  32. 32. Determina la frecuencia<br />Utiliza el programa TrueRTA para analizar los sonidos de tu voz y la de tus compañeros.<br />Anota la información en la siguiente tabla.<br /> 0:005 0:01 0:015 0:02 0:025 0:03 0:035 0:04 0:045 0:05<br />
  33. 33. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Periodo (t) ->segundo<br />Es el tiempo requerido para completar un ciclo.<br />Es el recíproco de la frecuencia.<br />Su unidad es segundos.<br />(1/f) = t<br />
  34. 34. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Velocidad de una onda<br />Se calcula multiplicando <br />frecuencia (f) por el largo de onda (l)<br />v = fl<br />La rapidez de una onda depende de las propiedades del medio por el que se propaga.<br />
  35. 35. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejemplo #1<br />Una onda de radio tiene una frecuencia de 5 X 107Hz. Su longitud es de 8m<br />¿Cuál es su rapidez?<br />¿Cuál es su periodo?<br />
  36. 36. Solución #1<br />A) f= 5 X 107 Hz l = 8m<br />v=?<br />v= f l<br />v = (5 X 107 Hz)(8m) = 40 X 107 m/s<br />v= 4 X 108 Hz<br />B) t = 1/f<br />1/(5 X 107 Hz) = 2 X 10-8seg<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  37. 37. Ejemplo #2<br />Las señales de radio AM tienen frecuencias de 550kHz hasta 1600 kHz y viajan a 3X108 m/s<br />¿Cuál es el rango de largo de onda de esas señales?<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  38. 38. Solución #2<br />F= 550 kHz F=1600 kHz<br />v= 3X108 m/s V=f l->l=v/f<br /><ul><li>l= (3X108 m/s)/(550 X103 Hz) </li></ul> = 545.5m<br /><ul><li>l= (3X108 m/s)/(1600 X103 Hz) </li></ul> = 187.5m<br />=190 a 550 metros<br />Las ondas tienen un largo de 190m a 550m.<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  39. 39. Ejemplo #3<br />Las estaciones FM poseen frecuencias entre 88MHz y 108 MHz, viajan también a 3X108 m/s.<br />¿Cuál es el rango de largo de onda para las estaciones FM?<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  40. 40. Solución #3<br />F= 88 MHz F=108 MHz<br />v= 3X108 m/s V=f l->l=v/f<br /><ul><li>l= (3X108 m/s)/(88 X106 Hz) </li></ul> = 3.4m<br /><ul><li>l= (3X108 m/s)/(108 X106 Hz) </li></ul> = 2.78m<br />=2.8 a 3.4 metros<br />Las ondas miden de 2.8m a 3.4m.<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  41. 41. Ondas transmitidas<br />Cuando una onda pasa a otro medio onda, su rapidez cambia.<br />Una onda que pasa de un medio a otro mantiene igual su frecuencia.<br />Su largo de onda cambia<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  42. 42. Sonido<br />Características<br />
  43. 43. Sonido<br />Onda longitudinal que posee áreas de compresión y dilatación de las moléculas de gas<br />No se puede transmitir en el vacío.<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  44. 44. Las ondas sonoras<br />Onda sonora<br />Oscilación de presión que se propaga por un medio<br />La velocidad del sonido en el aire es 343 m/s.<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  45. 45. Sonido Estéreo<br />Se escuchan dos fuentes de sonido simultáneas<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  46. 46. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Las ondas sonoras pueden:<br />Reflejar<br />Por objetos rígidos como una pared<br />Ejemplo: el eco<br />Difractar<br />Pasar por una abertura pequeña<br />Interferir <br />Ejemplo en un coliseo lleno de personas no se escucha nada (ruido solamente)<br />
  47. 47. Constructiva o destructiva<br />Interferencia<br />
  48. 48. Interferencia<br />Efecto de dos o más ondas que viajan por un medio<br />Dos tipos de interferencia:<br />Interferencia constructiva<br />Interferencia destructiva<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  49. 49. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Interferencia<br />La interferenciapuede ser constructiva o destructiva. <br />
  50. 50. Interferencia<br />Principio de superposición<br />Afirma que el punto en que dos o más ondas se encuentran, sus desplazamientos se suman.<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  51. 51. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Interferencia constructiva<br />Cuando dos o más pulsos se combina para formar un pulso de mayor amplitud.<br />
  52. 52. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Interferencia destructiva<br />Cuando dos o más pulsos se combinada para formar un pulso de menor amplitud que los originales.<br />
  53. 53. Velocidad<br />Del sonido<br />
  54. 54. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ecuación de velocidad sonido<br />Para cualquieronda de sonidoaplicanlasmismasecuaciones de velocidad de unaonda<br />V= l f<br />Vsonido en aire= 331.4m/s +( 0.6m/s/ °C) ( T°C)<br />331.4= velocidad del sonido a 0°C<br />T°C= Temperatura del ambiente y/o muestra<br />
  55. 55. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ecuación velocidad sonido <br />Cuando el sonido se mueve en un gas diferente al aire la ecuaciónes<br />
  56. 56. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejemplo #1<br />A)¿Cuánto es la velocidad del sonido en el aire si su temperatura es de 30°C?<br />B) Si la temperatura disminuye a 15 °C, ¿Cuánto es la velocidad?<br />
  57. 57. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Solución problema #1<br />A) vsound in air = 331.4m/s +( 0.6m/s/°C) ( T°C)<br />vsound in air = 331.4m/s +( 0.6m/s/°C) ( 30°C)<br />=331.4 m/s + 18 m/s = 349.4 m/s<br />=349 m/s<br />B) vsound in air = 331.4m/s +( 0.6m/s/ °C) ( T°C)<br />vsound in air = 331.4m/s +( 0.6m/s/°C) ( 15°C)<br />=331.4 m/s + 9 m/s = 340.4 m/s<br />=340 m/s<br />
  58. 58. Tabla velocidades<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  59. 59. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Intensidad del sonido<br />El oído humano puede detectar las características de una onda como:<br />Frecuencia (f) – (Hertz)<br />Longitud – (metros)<br />Amplitud – (metros)<br />Ejemplo:<br />Sonidode 400 Hz<br />
  60. 60. El tono y la sonoridad<br />Tono<br />Es el equivalente a la frecuencia<br />Sonoridad<br />Amplitud de la onda<br />Distinguir entre la intensidad del sonido y la sensación del sonidoproducidopor la mente<br />Octava = cuando la frecuencia entre dos notasestá a razón de 2 a 1<br />Ejemplo 440Hz y 880 Hz<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  61. 61. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Nivel de sonido<br />La magnitud del sonido que escuchamos está dada por:<br /><ul><li>b = 10 log10 (I/Io)
  62. 62. b = decibel de sonido</li></ul>I = intensidad en (W/m2) W=Watts (vatios)<br />Io = intensidad estándar de referencia escogida por su cercanía al límite de la audición del oído humano.<br />(= 10-12 W/m2)<br />
  63. 63. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Decibel<br />Decibel = db<br />Es la unidad de sonido<br />Establecida por Alexander Graham Bell<br />Umbral de audición= 0 db<br />Umbral del dolor= 120 db<br />Comparación de intensidades:<br />I2/I1= 10(b2-b1)/10<br />
  64. 64. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejemplo #2<br />A) Determina el nivel de sonido de una música cuya intensidad es 1 X10-6W/m2<br />B) Determina el nivel de sonido para una música cuya intensidad es 1 X101 W/m2<br />
  65. 65. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Solución #2<br /><ul><li>b = 10 log10 (1X 10-6/1X 10-12)</li></ul>=10 log10 (1,000,000)<br />10 (6)= 60 db<br /><ul><li>b = 10 log10 (1X 101/1X 10-12)</li></ul>= 10 log10 (1013) = <br />= (10)(13) = 130 db<br />
  66. 66. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejemplo #3<br />¿Cuánto más intenso es un sonido de 80 db que un susurro de 20 db?<br />
  67. 67. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Solución #3<br />I2/I1 = 10(b2-b1)/10<br />I2/I1 = 10(80-20)/10 =<br />I= 10(60)/10<br /> = 106<br />
  68. 68. Cuántopuedenoir los animales<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  69. 69. La resonancia<br />Cuando se genera un sonido el aire vibra a la misma frecuencia aumentando o amplificando el sonido escuchado.<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  70. 70. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Onda estacionaria<br />Una guitarra es un buen ejemplo de una caja de resonancia<br />
  71. 71. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ondas estacionarias<br />Es el resultado de dos ondas iguales que viajan en dirección opuesta<br />
  72. 72. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ondas estacionarias<br />Nodo<br />Punto que permanece sin desplazarse<br />Antinodo<br />Donde el desplazamiento es mayor<br />
  73. 73. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Resonancia<br />Es una onda estacionaria<br />Aumento en la amplitud del movimiento de un sistema debido a la aplicación de una fuerza pequeña<br />Ejemplos: instrumentos musicales<br />
  74. 74. Instrumentos musicales<br /> 0:005 0:01 0:015 0:02 0:025 0:03 0:035 0:04 0:045 0:05<br />
  75. 75. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Las fuentes de sonido<br />Las ondas de sonido se producen por la vibración de algún objeto<br />Ejemplos:<br />Bocina- corrientes eléctricas<br />voz humana- vibran las cuerdas vocales<br />Trompeta, trombón y tuba- vibran los labios del músico<br />Clarinete y saxofón- vibra una lámina fina de madera<br />Piano, guitarra y violín- la cuerda vibra el sonido entra en la caja de resonancia<br />
  76. 76. Ondas instrumentos musicales<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  77. 77.
  78. 78. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ley de Reflexión<br />Afirma que el ángulo de con que una onda incide sobre una barrera es igual al ángulo con que se refleja.<br /> Ángulo de reflexión = ángulo de incidencia<br />
  79. 79. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Reflexión difusa <br />Reflexión difusa= donde un haz de luz se dispersa en muchas direcciones debido a que la superficie es áspera.<br />
  80. 80. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Reflexión especular<br />Reflexión especular= un haz de luz se refleja por una superficie plana y pulida. <br />Se obtienen rayos reflejados paralelos entre si y en la misma posición relativa<br />
  81. 81. Ley de Snell<br />Refracción<br />
  82. 82. Refracción<br />Es el cambio en la dirección de una onda al pasar de un medio a otro.<br />
  83. 83. Ley de Snell<br />La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />n=senqi/senqr<br />n1sen q1 = n2 senq2<br />
  84. 84. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Tabla de índices de refracción<br />
  85. 85. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejemplo #4 Ley de Snell<br />Un rayo de luz incide sobre un pedazo de cuarzo a un ángulo de 60º<br />¿Cuál será su ángulo de refracción?<br />Haz el dibujo usando un transportador<br />
  86. 86. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Solución #4<br />n1= 1.00 n2= 1.54 (usé el valor de la tabla en el libro de texto)<br /><ul><li>q1=qi = 60º q2=qr = ???</li></ul>n1sen q1 = n2 senq2<br /><ul><li>q2 = sen-1(n1sen q1 / n2 )
  87. 87. q2 = sen-1(1.00 sen 60º/ 1.54 )= </li></ul> =sen-1(0.56)= 34.22º= 34º <br />
  88. 88. Solución#4<br />normal<br />Ángulo incidente<br />aire<br />cuarzo<br />Ángulo refractado<br />No está dibujado a escala<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  89. 89. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejemplo#5<br />Calcula el ángulo de refracción para un rayo de luz que incide a 45° y que se mueve a través de:<br />A) agua<br />B) vidrio<br />C) diamante<br />
  90. 90. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Solución#5<br />Calcula el ángulo de refracción<br />
  91. 91. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Indice de refracción<br />Es la razón de la rapidez de la luz en el vacío y la rapidez de la luz en el medio.<br />El índice de refracción de cualquier sustancia es:<br /> ns = c/vs<br />La rapidez de la luz es <br />3.00 X 108 m/s<br />
  92. 92. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejemplo#6 rapidez de la luz<br />A) Calcula la rapidez de la luz en Etanol. Su índice de refracción es 1.36.<br />B) ¿Cuál será el índice de refracción del diamante cuando la luz puede viajar a 1.24 X108 m/s?<br />
  93. 93. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Solución#6<br />A) netanol = 1.36<br />c= 3X108 m/s<br />vetanol = ?<br />n=c/v v=c/n<br />v=(3X108 m/s)/1.36<br />2.21X108 m/s<br />B) v= 1.24 X108m/s<br />c=3 X 108 m/s<br />n= c/v<br />=(3 X 108 m/s)/1.24 X108m/s<br />2.419<br />2.42<br />
  94. 94. Aplicaciones<br />
  95. 95. Fibra óptica<br />Reflexión interna total<br />
  96. 96. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Reflexión total interna<br />Ángulo crítico= ángulo en el que ocurre reflexión total interna.<br />El ángulo de incidencia muy grande (90°)<br />El rayo refractado desaparece<br />
  97. 97. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Reflexión interna total<br />Ejemplo:<br />Fibra óptica<br />
  98. 98. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ejercicio #8 Reflexióninterna total<br />A) Un rayo de luz incide sobre una pecera a un ángulo de 90°. Determina el ángulo cuando la luz pasa por el agua.<br />B) Determina el ángulo crítico del diamante.<br />
  99. 99. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Solución#8<br />A) n1sen q1 = n2 senq2<br /><ul><li>q1= sen-1(n2 senq2 / n1 )
  100. 100. q2 = sen-1(1.00 sen90º/ 1.33 )= </li></ul> =sen-1(0.750)= 48.6º= 49º <br />B) n1sen q1 = n2 senq2<br /><ul><li>q1= sen-1(n2 senq2 / n1 )
  101. 101. q2 = sen-1(1.00 sen90º/ 2.42 )= </li></ul> =sen-1(0.4132)= 24.4º= 24º <br />
  102. 102. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Difracción<br />Es el doblamiento de una onda alrededor de un objeto colocado a su paso produciendo ondas circulares.<br />
  103. 103. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Dispersión de la luz<br />La luz blanca se dispersa en bandas de colores cuando pasa por un prisma<br />La luz roja tiene un largo de onda mayor y una rapidez mayor.<br />La luz violeta tiene el largo de onda más pequeño y su rapidez es menor.<br />Espectro visible= despliegue de colores cuando un haz de luz se desvía<br />
  104. 104. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Un arcoiris<br />Muestra los componentes de la luz blanca<br />La luz blanca está compuesta por una mezcla de ondas de diferente frecuencia o color.<br />
  105. 105. Arcoiris<br />       <br />       <br />       <br />       <br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  106. 106. Atmósfera terrestre<br />Prof. Elba M. Sepúlveda<br />
  107. 107. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Ultrasonido<br />Se utilizan ondas de sonido de muy alta frecuencia.<br />Su frecuencia es de 3.5 a 7.0 megahertz (3.5 a 7 millones de ciclos por segundo).<br />
  108. 108. Prof. Elba M. Sepúlveda<br />Sonar<br />Otra aplicación de ondas de ultrasonido es el sonar.<br />
  109. 109. Crucigrama<br /> 0:02 0:04 0:06 0:08 0:10 0:12 0:14 0:16 0:18 0:20<br />
  110. 110. Problemas de práctica<br />Asignación<br />
  111. 111.
  112. 112. Preparado por:<br />Prof. Elba M. Sepúlveda , MA. Ed., c. Ed. D.<br />©2011<br />

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