fisica 2 unidad iii ondas mecanicas y electromagn eticas 1
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FISICA 2
UNIDAD III
ONDAS MECANICAS Y ELECTROMAGNETICAS
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DICIEMBRE 2004 TERREMOTO EN EL OCEANO ÍNDICO Y TSUNAMI
TSUNAMI – onda de agua generada por un terremoto
NY Times
Ondas mecánicasLas ondas son perturbaciones que viajan en un medio material y son capaces de transportar energía.
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Ondas en un resorteEn un resorte se pueden producir dos tipos de perturbaciones según sea la dirección de aplicación de una fuerza repetitiva.
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Ondas transversalesSon aquellas en que el medio se mueve perpendicularmente a la dirección en que viaja la onda.
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Ondas longitudinalesSon aquellas donde el medio vibra paralelamente a la dirección de propagación de la onda.
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Combinación de ondasLas ondas en la superficie del agua (mar profundo) son una combinación de ondas transversales y longitudinales. Un elemento del medio oscila en una trayectoria circular.
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Ondas en un resorte
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Comportamiento en la frontera
El comportamiento de una onda cuando alcanza el El comportamiento de una onda cuando alcanza el fin de su medio es llamado fin de su medio es llamado COMPORTAMIENTO EN LA FRONTERA COMPORTAMIENTO EN LA FRONTERA de la de la onda.onda.
Cuando un medio termina y otro comienza, es Cuando un medio termina y otro comienza, es llamado llamado fronterafrontera. .
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Extremo fijo Un tipo de frontera que encuentra la onda es Un tipo de frontera que encuentra la onda es
aquel donde el aquel donde el extremo es fijoextremo es fijo.. En este caso, el fin del medio no es capaz En este caso, el fin del medio no es capaz
de moverse.de moverse. ¿Qué ocurrirá si un pulso ondulatorio llega ¿Qué ocurrirá si un pulso ondulatorio llega
al final del medio y encuentra el extremo al final del medio y encuentra el extremo fijo? fijo?
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Extremo fijo Aquí el Aquí el pulso incidentepulso incidente es un pulso hacia es un pulso hacia
arriba.arriba. El El pulso reflejadopulso reflejado es invertido hacia abajo. es invertido hacia abajo. El pulso reflejado tiene la misma El pulso reflejado tiene la misma rapidezrapidez, ,
longitud de ondalongitud de onda, y , y amplitudamplitud que el pulso que el pulso incidente.incidente.
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Animación con extremo fijo
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Extremo libre Otro tipo de frontera es cuando el medio de Otro tipo de frontera es cuando el medio de
la onda esta sujeto a un objeto estacionario la onda esta sujeto a un objeto estacionario como como extremo libreextremo libre..
En esta situación, el final del medio se En esta situación, el final del medio se desliza hacia arriba y abajo.desliza hacia arriba y abajo.
¿Qué sucede en este caso?¿Qué sucede en este caso?
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Extremo libre
Aquí el Aquí el pulso reflejado pulso reflejado no es invertido.no es invertido. Es idéntico al pulso incidente, excepto que Es idéntico al pulso incidente, excepto que
se mueve en la dirección opuesta.se mueve en la dirección opuesta. La La rapidezrapidez, , longitud de ondalongitud de onda, y , y la amplitudla amplitud
son las mismas del pulso incidente.son las mismas del pulso incidente.
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Animación con extremo libre
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Change in Medium
Our third boundary condition is when the Our third boundary condition is when the medium of a wave changes.medium of a wave changes.
Think of a thin rope attached to a thin rope. Think of a thin rope attached to a thin rope. The point where the two ropes are attached The point where the two ropes are attached is the boundary.is the boundary.
At this point, a wave pulse will transfer At this point, a wave pulse will transfer from one medium to another.from one medium to another.
What will happen here?What will happen here?
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Change in Medium
In this situation part of the wave is reflected, In this situation part of the wave is reflected, and part of the wave is transmitted.and part of the wave is transmitted.
Part of the wave energy is transferred to the Part of the wave energy is transferred to the more dense medium, and part is reflected.more dense medium, and part is reflected.
The The transmitted pulsetransmitted pulse is upright, while the is upright, while the reflected pulsereflected pulse is inverted. is inverted.
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Change in Medium
The The speedspeed and and wavelengthwavelength of the of the reflected wave remain the same, but the reflected wave remain the same, but the amplitudeamplitude decreases. decreases.
The The speedspeed, , wavelengthwavelength, and , and amplitudeamplitude of of the transmitted pulse are all smaller than the transmitted pulse are all smaller than in the incident pulse.in the incident pulse.
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Change in Medium Animation
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Animación cambiando de medio
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Características de la ondas
Las ondas se describen mediante su longitud de onda:
La distancia desde el punto más alto de una cresta al punto más alto de la siguiente cresta.
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Periodo: es el tiempo que le toma a una onda completar una vibración.
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Amplitud: es la distancia del punto medio (línea recta) a la cresta o valle de la onda.
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Frecuencia: Es el número vibraciones (oscilaciones completas) que hace la onda en un segundo.
Comparando con la definición de periodo, encontramos que ambas cantidades son recíprocas, esto es
1 1
Frecuencia = ; f =
periodo T
La unidad de frecuencia es el hertz (Hz).
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Rapidez de una ondaPuesto que la onda recorre una longitud de onda en el lapso de un periodo T, entonces la rapidez de la onda es:
longitud de onda
rapidez = = = f
periodo T
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ReflexiónSe llama al fenómeno que sucede cuando una onda choca con un objeto y es capaz de “rebotar”.
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La luz se refleja en los espejos.
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¡Veamos un video!
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RefracciónEs el cambio de velocidad que sufre una onda cuando pasa de un medio a otro.
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La refracción de la luz en el agua hace aparecer el lápiz doblado.
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¡Veamos un video!
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InterferenciaEste fenómeno ocurre cuando dos o más ondas se presentan en el mismo espacio al mismo tiempo. La interferencia puede ser constructiva, destructiva o parcial.
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Ejemplo de interferencia de ondas en el agua.
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DifracciónSe le llama así a la propiedad de las ondas de rodear los objetos que se presentan en su camino.
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Las ondas en el agua sufren difracción cuando pasan a través de una rendija, de ondas planas se convierten en ondas radiales.
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¡Veamos un video!
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PolarizaciónUna onda se dice polarizada si vibra en un plano.
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Los ejes de polarización de los anteojos Polaroid son verticales, ya que todo el fulgor deslumbrante se refleja desde superficies horizontales.
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Para ver películas en 3D se utilizan lentes polarizados.
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¡Veamos un video!
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ResonanciaOcurre cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas sobre un objeto es comparable a la frecuencia natural del objeto, aumentando considerablemente su amplitud.
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¡Veamos un video!
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SonidoSuele definirse el sonido como toda vibración que produce un cuerpo material de frecuencia entre los 20 Hz y los 20 000 Hz.
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El sonido no se puede propagar en el vacío.
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La velocidad del sonido depende de las condiciones del viento, la temperatura y la humedad.
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Infrasonido
Se llama al sonido de frecuencia menor a los 20 Hz. Los elefantes se comunican mediante infrasonidos.
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UltrasonidoSe llama al sonido de frecuencia mayor de 20 000 Hz. Los murciélagos emiten ultrasonidos que se reflejan en los objetos permitiéndoles orientarse.
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Cualidades del sonidoEl tono es el equivalente de la frecuencia.
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La sonoridad indica la amplitud de la onda.
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Intensidad del sonidoLa sonoridad relativa de un sonido que percibe el oído humano se llama nivel sonoro y se mide en decibeles. Las medidas en decibeles son logarítmicas.
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Los instrumentos musicales suenan distinto, aún cuando tocan la misma nota, debido a que casi todos los sonidos están compuestos por un gran número de frecuencias. La calidad del sonido depende de las intensidades relativas de estas frecuencias. En música, se llama timbre a la calidad del sonido.
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Efecto DopplerEs el cambio de frecuencia debido al movimiento de la fuente (o receptor) de sonido.
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Gracias al efecto Doppler se descubrió la expansión el universo
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LA LUZ
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Naturaleza de la luzTeoría corpuscular (Newton): la luz está compuesta por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad por los cuerpos luminosos.
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Teoría ondulatoria (Huygens): la luz se propaga mediante ondas emitidas por un objeto luminoso.
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Espectro electromagnético
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Rayos de luzComo la luz viaja en línea recta, unos rayos pueden representar la dirección de las ondas de luz.
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Rayos de luz
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Determinación de la rapidez de la luz
El astrónomo Olaf Roemer fue el primero en hacer los cálculos de la rapidez de la luz utilizando datos de observaciones astronómicas.
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Velocidad de la luzLa velocidad de la luz en el vacío es de 300 000 km/s. Y es el límite de velocidad para todos los cuerpos materiales.
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Ley de la reflexión de la luz
El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
i = r
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Aplicación de la reflexión: la fibra óptica
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Reflexión difusa y especular
Los rayos de luz incidentes en cualquier tipo de superficies obedecen la ley de la reflexión.
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Índice de refracciónEl índice de refracción n de cualquier sustancia se define como la razón de la rapidez de la luz en el vacío c a la rapidez de la luz en la sustancia v.
c
n =
v
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Ley de la refracción de la luz
Ley de Snell: la razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante.
n1 sen 1 = n2 sen 2
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Refracción y reflexión total de la luz
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El color del cielo al atardecer se debe a la refracción de la luz
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Interferencia de la luzAnillos de interferencia.
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La interferencia de la luz crea patrones de colores brillantes en las mariposas
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Difracción de la luzLa sombra de una navaja. Los efectos de los bordes se deben a la difracción de la luz.
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Difracción de la luz en un eclipse anular de sol
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Polarización de la luz¡Sólo las ondas transversales se pueden polarizar!
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Dispersión de la luzLa dispersión de la luz solar por la atmósfera le da el color azul al cielo y a las nubes.
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ESPEJOS
Y
LENTES
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Espejo planoEs una superficie plana pulida que produce imágenes de los objetos gracias a la reflexión de la luz.
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Espejos esféricos
Espejo cóncavo
Espejo convexo
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Espejo cóncavoUn espejo cóncavo refleja la luz desde la parte curva interna. Un espejo real tiene tres dimensiones.
¡Observa los rayos principales!
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Imágenes Formadas por un Espejo Cóncavo
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Imágenes Formadas por un Espejo Cóncavo
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Espejo cóncavo
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Espejo convexoUn espejo convexo es un espejo esférico que refleja la luz desde su superficie exterior.
Los espejos convexos siempre forman imágenes virtuales.
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Imagen Formada por un Espejo Convexo
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Espejo convexo
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Ecuación del espejo
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LentesUna lente es un medio transparente limitado por al menos una superficie curva.
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Tipos de lentes
Lente positiva o Lente negativa o
convergente divergente
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Rayos refractados por una lente
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Rayos principales para una lente convergente
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Rayos principales para una lente divergente
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Ecuación de la Lente
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Rayos XLos rayos X son ondas electromagnéticas de alta frecuencia generados cuando electrones chocan contra un ánodo.
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