“TRABAJO DE FISICA”Nombre: Vanessa YamberlaCurso: 3ro BGU “A”Fecha: 2014/01/03Lic: Anibal Cadena

TRABAJO ESCRITO DE FISICA

INDICE:

1. Ondas     Concepto de onda        Tipos de ondas       Características de las ondas

2. Fenómenos ondulatorios      Reflexión de las ondas       Refracción de las ondas       Difracción de las ondas       Interferencia de las ondas

3. El sonido: Una onda longitudinal      ¿Cómo se produce el sonido?       Velocidad de propagación     Cualidades del sonido       Efecto Doppler    Contaminación acústica       Aplicaciones de ondas sonoras

4. La luz: Una onda transversal      Naturaleza de la luz       Propagación de la luz        Reflexión de la luz       Refracción de la luz       Dispersión de la luz. Espectro    El espectro electromagnético

1. ONDAS    CONCEPTO DE ONDA  

En física, una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, a través de dicho medio, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal e, incluso, inmaterial como el vacío.

La magnitud física cuya perturbación se propaga en el medio se expresa como una función

tanto de la posición como del tiempo . Matemáticamente se dice que dicha función es una onda si verifica la ecuación de ondas:

Donde es la velocidad de propagación de la onda. Por ejemplo, ciertas perturbaciones de la presión de un medio, llamadas sonido, verifican la ecuación anterior, aunque algunas ecuaciones no lineales también tienen soluciones ondulatorias, por ejemplo, un solitón.

Una onda transporta energía pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

TIPOS DE ONDAS

Si las partículas del medio en el que se propaga la perturbación vibran perpendiculares a la dirección de propagación, las ondas se llaman transversales. Si vibran en la misma dirección se llaman longitudinales.

Ejemplos de ondas transversales: las olas en el agua, las ondulaciones que se propagan por una cuerda, la luz…

Ejemplos de ondas longitudinales: las compresiones y dilataciones que se propagan por un muelle, el sonido

Onda transversal viajando por una cuerda:

Onda longitudinal

Las ondas pueden ser unidimensionales bidimensionales y tridimensionales según se propaguen en una sola dirección, en un plano o en las tres dimensiones del espacio.

Ejemplos: Unidimensional: Onda transversal en una cuerda Bidimensional: Olas concéntricas en la superficie de un estanque Tridimensional: El sonido en el aire.

Por último las ondas se dividen en materiales o mecánicas y electromagnéticas, la diferencia principal es que las ondas mecánicas necesitan un medio para propagarse mientras las ondas electromagnéticas, como la luz, pueden viajar por el vacío.

CARACTERÍSTICAS

Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas o montes y valles, y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una onda transversal es aquella con las vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. Onda longitudinal es aquella con vibraciones paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras.

Cuando un objeto corte hacia arriba y abajo en una onda en un estanque, experimenta una trayectoria orbital.

Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de situaciones estándar. Todas las ondas pueden experimentar las siguientes:

Difracción - Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.

Efecto Doppler - Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas.

Interferencia - Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio.

Reflexión - Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección.

Refracción - Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

Onda de choque - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.

2. FENÓMENOS ONDULATORIOS 

  REFLEXIÓN DE LAS ONDAS  

Se produce cuando una onda encuentra en su recorrido una superficie contra la cual rebota, después de la reflexión la onda sigue propagándose en el mismo medio y los parámetros permanecen inalterados. El eco es un ejemplo de Reflexión.

  REFRACCIÓN DE LAS ONDAS  

Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de

A = En aguas profundas.B = En aguas superficiales. El movimiento elíptico de una partícula superficial se vuelve suave con la baja intensidad.1 = Progresión de la onda2 = Monte3 = Valle

velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.

    DIFRACCIÓN DE LAS ONDAS  

La difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz visible y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser debe finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor.

INTERFERENCIA

Cuando en una región del espacio inciden dos o más ondas, los desplazamientos que producen sobre una partícula del medio se suman algebraicamente. Esto se llama interferencia.

3. EL SONIDO: UNA ONDA LONGITUDINAL     ¿CÓMO SE PRODUCE EL SONIDO?  

El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.

La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.

El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas. Para que se genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos medios elásticos, entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. La fonética acústica concentra su interés especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden describir gráfica y/o cuantitativamente.

    VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN

La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite. La velocidad o dinámica de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.

La velocidad del sonido varía también ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración, y este aumento de actividad hace aumentar la velocidad.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia.

LAS CUALIDADES DEL SONIDO

La altura o tono . Está determinado por la frecuencia de la onda. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Para que podamos percibir los humanos un sonido, éste debe estar comprendido en la franja de 20 y 20.000 Hz. Por debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.

La intensidad . Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad de energía de la onda. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibeles (dB).

La duración . Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc.

El timbre . Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican. Por ejemplo, no suena lo mismo un clarinete que un piano aunque interpreten la misma melodía.

EFECTO DOPPLER

El efecto Doppler, llamado así por el físico austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador.

El efecto Doppler es el cambio en la frecuencia de una onda producido por el movimiento de la fuente respecto a su observador. Este efecto se produce en aquellos casos en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. La variación de la frecuencia de un emisor móvil respecto a una fuente de sonido en movimiento viene dada por la expresión:

Donde f' es la frecuencia percibida, f la frecuencia original de la onda, v la velocidad del sonido en el medio y ve la velocidad a la que se desplaza el emisor. El signo - se aplica para fuentes acercándose al observador y el + para fuentes alejándose.

CONTAMINACIÓN ACÚSTICA

Se llama contaminación acústica (o contaminación sonora) al exceso de sonido que altera las condiciones normales del ambiente en una determinada zona. Si bien el ruido no se acumula, traslada o mantiene en el tiempo como las otras contaminaciones, también puede causar grandes daños en la calidad de vida de las personas si no se controla bien o adecuadamente.

El término "contaminación acústica" hace referencia al ruido (entendido como sonido excesivo y molesto), provocado por las actividades humanas (tráfico, industrias, locales de ocio, aviones, etc.), que produce efectos negativos sobre la salud auditiva, física y mental de los seres vivos.

Este término está estrechamente relacionado con el ruido debido a que esta se da cuando el ruido es considerado como un contaminante, es decir, un sonido molesto que puede producir efectos nocivos fisiológicos y psicológicos para una persona o grupo de personas.

APLICACIONES DE LAS ONDAS SONORAS

Las ondas sonoras, aparte de estimular nuestro oído, se utilizan para numerosas aplicaciones técnicas y científicas. Principalmente se hace uso de los ultrasonidos, sonidos por encima de la frecuencia límite de audición del ser humano. Entre estas aplicaciones cabe destacar las siguientes:

1) El sonar;

Acrónimo de Sound Navigation And Ranging, ‘navegación y alcance por sonido') es una técnica que usa la propagación del sonido bajo el agua para navegar, comunicarse y detectar otros buques o bancos de pesca, utilizando la reflexión de la onda de forma similar a la que ocurre con el eco.

2) Ecografías; siguen un principio similar al del sonar, pero aplicado esta vez en medicina.

En una ecografía el aparato, denominado ecógrafo, envía los ultrasonidos a la parte del cuerpo que queremos estudiar. Estos ultrasonidos se desplazan a distinta velocidad en función de la densidad de los tejidos (en algunos de ellos ni siquiera penetran); recogiendo el eco de estos ultrasonidos se transforma la señal recibida en una imagen.

3) Litotricia; que es el nombre técnico del proceso utilizado para romper cálculos renales y biliales mediante la energía de los ultrasonidos.

4) Otros usos médicos; como la desinfección de material quirúrgico, tratamiento local del dolor muscular o limpiezas dentales.

5) Medida de distancias; en procesos industriales en los que se precisa una tolerancia muy baja con las irregularidades y, con menor precisión, en los autofocos de las cámaras fotográficas y móviles, ajustando para que la imagen salga enfocada.

6) Medida de velocidades; como en los radares de nuestras carreteras, aprovechando el conocido como efecto Doppler que se explica en el siguiente "Para saber más".

7) En el mundo animal; los murciélagos utilizan los ultrasonidos como un sonar para volar en la oscuridad y otros animales como los delfines o las langostas se comunican mediante ultrasonidos. Las ballenas y algunas aves utilizan infrasonidos al comunicarse.

4. LA LUZ: UNA ONDA TRANSVERSAL NATURALEZA DE LA LUZ

La naturaleza física de la luz ha sido uno de los grandes problemas de la ciencia. Desde la antigua Grecia se consideraba la luz como algo de naturaleza corpuscular, eran corpúsculos que formaban el rayo luminoso. Así explicaban fenómenos como la reflexión y refracción de la luz. Newton en el siglo XVIII defendió esta idea, suponía que la luz estaba formada por corpúsculos lanzados a gran velocidad por los cuerpos emisores de

luz. Escribió un tratado de Óptica en el que explicó multitud de fenómenos que sufría la luz.

En 1678 Huygens defiende un modelo ondulatorio, la luz es una onda. Con este modelo se explicaban fenómenos como la interferencia y difracción que el modelo corpuscular no era capaz de explicar. Así la luz era una onda longitudinal, pero las ondas longitudinales necesitan un medio para poder propagarse, y surgió el concepto de éter como el "medio" en el que estamos inmersos. Esto trajó aún más problemas, y la naturaleza del eter fue un quebradero de cabeza de muchos científicos.

La solución al problema la dió Maxwell en 1865, la luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío. Quedaba ya por tanto resuelto el problema del éter con la aparición de estas nuevas ondas.

Maxwell se basó en los estudios de Faraday del electromagnetismo, y concluyó que las ondas luminosas son de naturaleza electromagnética.

Una ONDA ELECTROMAGNÉTICA se produce por la variación en algún lugar del espacio de las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. No necesita ningún medio para propagarse, son ondas transversales.

Una carga eléctrica oscilando con una determinada frecuencia, produce ondas electromagnéticas de la misma frecuencia. La velocidad con la que se propagan estas ondas en el vacío es:

c = 3 10 8 m/s

PROPAGACIÓN DE LA LUZ

La luz emitida por una fuente luminosa es capaz de llegar a otros objetos e iluminarlos. Este recorrido de la luz, desde la fuente luminosa hasta los objetos, se denomina rayo luminoso.

Las características de la propagación de la luz son:

• La luz se propaga en línea recta. Por eso la luz deja de verse cuando se interpone un cuerpo entre el recorrido de la luz y la fuente luminosa.

• La luz se propaga en todas las direcciones. Esa es la razón por la cual el Sol ilumina todos los planetas del sistema solar.

• La luz se propaga a gran velocidad.

Si encendemos una bombilla (ampolleta) en una habitación, inmediatamente llega la luz a cualquier rincón de la misma. Es decir, la luz se propaga en todas direcciones. A no ser que encuentren obstáculos en su camino, los rayos de luz van a todas partes y siempre en línea recta.

  REFLEXIÓN DE LA LUZ  

La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al estar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambiantes, regresa al punto donde se originó. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.

La luz es una manifestación de energía. Gracias a ella las imágenes pueden ser reflejadas en un espejo, en la superficie del agua o un piso muy brillante. Esto se debe a un fenómeno llamado reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente, muy distinta a la refracción.

Es el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:

1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2a. ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

REFRACCIÓN

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción.

DISPERSIÓN DE LA LUZ. ESPECTRO

Cuando se interpone un prisma de cristal o de otro material transparente en la trayectoria de un rayo solar, se observa lo siguiente:La luz blanca que llega al prisma se refracta y emerge formando una serie de bandas de colores diferentes. Este fenómeno se denomina dispersión o descomposición de la luz.

La descomposición de la luz blanca fue descubierta por Newton en 1666.

Al proyectarse sobre una pantalla las bandas de color que emergen del prisma, se observa los colores: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta.Esta secuencia de bandas de colores se denomina espectro solar.

Esto nos indica que la luz no es simple, sino que está compuesta por luces de diversos colores.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.

El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo.