Ondas mecánicas
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Ondas mecánicas: definición y ejemplos
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Ondas mecánicas
- 2. INTRODUCCIÓN Cuando aplaudimos, originamos un sonido que llega hasta nuestros oídos; hemos notado que cuando una piedra cae en el agua, se producen olas que van alejándose desde el lugar donde cayó la piedra en forma de circunferencias, sabemos que cuando se produce una movimiento telúrico en el fondo del mar, este se percibe en la superficie terrestre. También hemos podido apreciar que las señales de radio y televisión llegan hasta nuestros aparatos receptores desde la antena de transmisión. Estos y otros fenómenos más, de trasmisión de energía se dan por medio de las ondas que se producen en cada situación específica, pero ¿qué es una onda?¿qué fenómenos experimenta?
- 3. TEORÍAS SOBRE ONDAS Los antiguos filósofos griegos, muchos de los cuales estaban interesados en la música, tenían la hipótesis que había una conexión entre ondas y sonidos, y que las vibraciones, o alteraciones, debían ser las responsables de los sonidos. • Pitágoras observó, 550 AC , que cuando los hilos vibraban producían sonido, y determinó la relación matemática entre las longitudes de los hilos que creaban tonos armoniosos • Galileo Galilei (1564-1642) publicó una clara proclamación sobre la conexión entre los cuerpos que vibran y los sonidos que producen.
- 4. En el siglo XVIII, el matemático y científico Francés Jean Lerond D’Alembert estableció la ecuación de la onda y permitió una completa y general descripción matemática de las ondas. Esta ecuación constituyó la base para las siguientes generaciones de científicos que estudiaron y describieron el fenómeno de las ondas.
- 5. ¿QUÉ ES UNA ONDA? Una onda es una perturbación (de alguna propiedad,como por ejemplo, la densidad, presión, campo eléctrico o magnético) que se propaga en un medio sólido , líquido o gaseoso o en el vacío transportando energía. Las ondas no transportan masa.
- 6. ONDAS Dirección de propagación De las partículas del medio Por su naturaleza longitudinales transversales Tipos de ondas: electromagnética s mecánicas
- 7. 1. Por la dirección de oscilación de las partículas del medio: A) Longitudinales Es una onda en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda.Ej. El sonido, las ondas en un resorte, etc.
- 8. B) Transversales Estas ondas se caracterizan porque las partículas del medio oscilan en direcciones perpendiculares a la dirección de propagación. Ej. Las ondas generadas en una cuerda tensa y todas las ondas electromagnéticas. Onda plana transversalEn una cuerda
- 9. 2. Por su naturaleza: A) Ondas electromagnéticas (OEMs) *Una onda electromagnética es la propagación simultánea del campo eléctrico y magnético a través del espacio. *Todas las OEMs se propagan en el vacío a la velocidad de la luz. (300 000 km/s= 3.108 m/s) *Las OEMs son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.
- 10. B) ONDA MECÁNICAS Una onda mecánica es una perturbación de las propiedades mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio. Todas las ondas mecánicas requieren: 1.Alguna fuente que cree la perturbación. 2. Un medio en el que se propague la perturbación. 3. Algún medio físico a través del cual elementos del medio puedan influir uno al otro. Ejemplos :
- 12. ELEMENTOS DE UNA ONDA MECÁNICA Longitud de onda (λ): S.I.( m) , también se llama ciclo. Amplitud (A): S.I.(m) Periodo (T): SI. (s) Frecuencia (f): S.I. ( Hertz =Hz) f= número de oscilaciones / tiempo Frecuencia angular (ω): S.I. (rad/s) Velocidad de onda (v): S.I.(m/s) v T
- 13. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE UNA ONDA MECÁNICA La velocidad de una onda en un medio es la velocidad con la cual los pulsos de la onda se propagan. V= d/t = λ/T = λ.f Donde: f= # de λ/t = 1/T ECUACIÓN PARA TODO TIPO DE ONDA
- 14. 1.Ecuación exclusiva para ondas en una cuerda tensa: 2. Ecuación para ondas electromagnéticas: VOEM = C = λ.f C= 3·108 m/s=velocidad de la luz en el vacío 3. Ecuación para ondas sonoras: V sonido = λ.f V. sonido( aire)=340m/s ( 20°C ) V. sonido(agua)=1530m/s V. sonido( sólidos)=4000m/s F FL v m v = rapidez de onda transversal (m/s) F = T = tensión sobre la cuerda (N) =m/L = masa por unidad de longitud (kg/m) Densidad lineal
- 15. ONDA ARMÓNICA Cuando la fuente que produce la perturbación describe un movimiento armónico simple la onda generada se denomina onda armónica. Muchos fenómenos físicos pueden ser descritos por estas ondas, además cualquier movimiento ondulatorio puede expresarse como superposición de ondas armónicas.
- 16. ECUACIÓN DE UNA ONDA ARMÓNICA. Y(x,t)= Asen (kx ± ωt + α ) Donde: ω=2π/T=2πf : frecuencia angular(rad/s) K=2π/λ : numero de ondas (m ) Signos: (+): (-): -1 Velocidad =V =W/K
- 17. APLICACIÓN 1 Una cuerda de 2m y 0.5kg, está sometida a una tensión de 100N. Calcule la rapidez de propagación de las ondas formadas en la cuerda. RESOLUCION µ= m/L = 0,5kg/2m= 1kg/4m finalmente en: V=√T/µ=√100/¼=20m/s
- 18. APLICACÓN 2 Una onda armónica es descrita por: y(x,t)═ 0.5Sen(2 x+4 t)m determinar el periodo , la frecuencia de las oscilaciones, y la velocidad de propagación. RESOLUCION: y(x,t)═ 0.5Sen(2 x+4 t)m y(x,t)═ A Sen(Kx+ω t)m→ ω ═ 2 .f→4 ═ 2 .f → f ═ 2Hz, luego: f=1/T → 2=1/T → T=0,5s ( período ) → Velocidad=VW/K= 4 / 2 = 2m/s
Notas do Editor
- olaya
- olaya
- olaya
- john
- Una onda longitudinal es una onda en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas de compresión. Algunos ejemplos de ondas longitudinales son el sonido y las ondas sísmicas de tipo P generadas en un terremoto. Una onda transversal es una onda en movimiento que se caracteriza porque sus oscilaciones ocurren perpendiculares a la dirección de propagación. Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo, sus oscilaciones van en dirección arriba y abajo que están en el plano y-z. Manteniendo una traza comparamos la magnitud del desplazamiento en instantes sucesivos y se aprecia el avance de la onda. Transcurrido un tiempo la persistencia de la traza muestra como todos los puntos pasan por todos los estados de vibración. Sin embargo para conocer como cambia el desplazamiento con el tiempo resulta más práctico observar otra gráfica que represente el movimiento de un punto. Los puntos en fase con el seleccionado vibran a la vez y están separados por una longitud de onda. La velocidad con que se propaga la fase es el cociente entre esa distancia y el tiempo que tarda en llegar. Cualquier par de puntos del medio en distinto estado de vibración están desfasados y si la diferencia de fase es 90º diremos que están en oposición. En este caso los dos puntos tienen siempre valor opuesto del desplazamiento como podemos apreciar en el registro temporal. Este tipo de onda transversal igualmente podría corresponder a las vibraciones de los campos eléctrico y magnético en las ondas electromagnéticas. Una onda electromagnética que puede propagarse en el espacio vacío no produce desplazamientos puntuales de masa. Son ondas transversales cuando una onda por el nodo se junta con la cresta y crea una gran vibración.
- Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío. Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya frecuencia está dentro del rango de la luz visible. Quizá el mayor logro teórico de la física en el siglo XIX fue el descubrimiento de las ondas electromagnéticas. El primer indicio fue la relación imprevista entre los fenómenos eléctricos y la velocidad de la luz. En la naturaleza, las fuerzas eléctricas se originan de dos formas. Primero está la atracción o la repulsión eléctricas entre las cargas eléctricas (+) y (-). Es posible definir una unidad de carga eléctrica como la carga que repele a otra carga similar a la distancia de, podemos decir, 1 metro con la fuerza de la unidad de fuerza utilizada (las fórmulas usuales lo definen con más precisión).
- Es una perturbación que se produce en un punto de un medio sustancial que se propaga por dicho medio en forma de oscilaciones de las partículas del medio transportando energía
- Longitud de onda (λ): En una onda periódica es la distancia entre dos crestas, dos valles o dos nodos no consecutivos. S.I.( m) Amplitud (A): Magnitud de máx.. Desplazamiento. S.I.(m) Periodo (T): En una onda periódica es el intervalo de tiempo necesario para formar una onda completa. SI. (s), o el tiempo que demora una partícula del medio en dar una oscilación completa. Frecuencia (f): Es el numero de longitudes de onda o ciclos que se forman por unidad de tiempo. S.I. (hz) Frecuencia angular (w): análogo en el movimiento ondulatorio a la frecuencia angular del movimiento armónico simple S.I. (rad/s) Rapidez de ondas (v): Magnitud de velocidad de la propagación de la onda ( depende únicamente de las características del medio). S.I.(m/s)
- CUANDO MAS GRUESO ES LA CUERDA , MAS DEMORA EN PROPAGARSE menos será la rapidez de propagación CUANDO MAS TENSION MAS RAPIDO FLUYE LA PROPAGACION DE ENREGIA