Las ondas

Las ondas:Sonido y Luz

INTRODUCCIN

En este captulo daremos una idea muy ligera sobre el movimiento ondulatorio y sobre los fenmenos ondulatorios de la luz, de modo que todos puedan entender los conceptos y fenmenos fundamentales.Su estudio es imprescindible, puesto que las ondas tienen gran importancia en la vida del hombre.2El movimiento ondulatorioEl movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga energa de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas.

Ondas:Se denomina ondas a toda perturbacin que se propaga con el tiempo de una regin del espacio a otra.Ejemplo 1: Cuando se arroja una piedra a un estanque se producen olas.

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Ejemplo 2: La vibracin de una cuerda.

5Las ondas se propagan sin arrastrar materia consigo, sin embargo, las ondas son portadoras de energaClasificacin: Las ondas se clasifican en dos tipos:

A. Ondas Transversales: Cuando las vibraciones de las partculas son perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda.Ejemplo: Las vibraciones de una cuerda.

B. Ondas Longitudinales: Cuando las partculas oscilan en la misma direccin de propagacin de la onda.Ejemplo: Las vibraciones de un resorte.

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Clases de ondasLongitudinales: El medio se desplaza en la direccin de la propagacin. El aire se comprime y expande en la misma direccin en que avanza el sonido.

Clases de ondasTranversales: El medio se desplaza en ngulo recto a la direccin de la propagacin.

Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmenteClases de ondas segn el medio en que se propaganMecnicas: Necesitan un medio natural para su propagacin. Ej.ondas sonoras

Electromagnticas: no necesitan un medio natural (pueden propagarse en el vaco). Ej: ondas de radio, T.V, celulares etc.Las ondas longitudinales siempre son mecnicas. Las ondas sonoras son un ejemplo tpico de esta forma de movimiento ondulatorio.Las ondas transversales pueden ser mecnicas ( ondas que se propagan a lo largo de una cuerda tensa) o electromagnticas (la luz o las ondas de radio). Algunos movimientos ondulatorios mecnicos, como los terremotos, son combinaciones de movimientos longitudinales y transversales, con lo que se mueven de forma circular.Elementos de una onda transversal

Longitud de ondaAmplitudCrestaValleElementos de una onda transversal

Valle: punto ms bajo de la onda Cresta: punto ms alto de la ondaLongitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos.Amplitud: altura de la cresta o del valle.Elementos de una Onda Transversal:

1. Longitud de onda (): Es la distancia que existe entre dos puntos consecutivos de posicin semejante, medida paralelamente a la direccin de propagacin de la onda.

2. Ciclo: Es la alteracin producida, mientras cada partcula cumple una oscilacin completa.

3. Perodo (T): Es el tiempo empleado para realizar un ciclo. Tambin se define como el tiempo empleado en recorrer una distancia igual a la longitud de onda.

134. Frecuencia (f): Es el nmero de perturbaciones que pasan por un punto en cada unidad de tiempo.La frecuencia se mide en: Vibraciones o perturbaciones o ciclos u oscilaciones, etc.Equivalencias: 1 Vibracin = 1 perturbacin = 1 ciclo = 1s-1 = 1 Herts s s sMatemticamente se cumple: f = _1_ TAmplitud (A): Es el desplazamiento mximo de cada partcula.

6. Cresta: Se llama as a las zonas ms elevadas de la onda.

147. Valle: Se denomina as a las zonas ms bajas de la onda.

8. Velocidad de propagacin (V): Las ondas en un medio homogneo se propagan a velocidad constante. V = __ = . f T

9. Intensidad: Es la energa transmitida en cada segundo por cada unidad de superficie perpendicular al sentido de propagacin.

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VELOCIDAD DE PROPAGACIN DE UNA ONDA TRANSVERSAL EN UNA CUERDA.- Depende nicamente de la tensin F que se aplica a la cuerda y de (masa por unidad de longitud).16

V = =___ masa de la cuerda___ = densidad lineal longitud de la cuerda El SonidoEl Sonido se propaga mediante ondas longitudinales

En general, la velocidad del sonido es mayor en los slidos que en los lquidos y en los lquidos mayor que en los gases.La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20C) es de 340m/sEn el aire, a 0 C, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s En el agua es de 1.600m/s En la madera es de 3.900m/s En el acero es de 5.100m/sElementos de las ondas sonorasFrecuencia ( f ): Nmero de oscilaciones por segundo.Se mide en hertzios (Hz)1 Hz = una oscilacin en un segundoPerodo ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibracin completa.Por la propia definicin, el perodo es el inverso de la frecuencia (T = 1/f )Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibracin tardar en producirse 025 s. (1/4 s.)Elementos de las ondas sonorasLongitud de onda ( ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilacin.Velocidad de transmisin ( v ): velocidad a la que se propaga.Recordamos que velocidad = espacio/tiempo, por lo que espacio = velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de onda = velocidad x perodoSi tenemos en cuenta que perodo = 1/ frecuencia, podremos decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia = v . T = v / fv = . fLa frecuencia y el sonidoEl tono del sonido depende de la frecuencia.A frecuencias bajas corresponden sonidos graves.A frecuencias altas corresponden sonidos agudos.27 Hz100 Hz200 Hz440 Hz1000 Hz3000 Hz

El Sonido

El efecto DopplerEl tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es ms agudo que si la fuente se aleja.Esto ocurre cuando un mvil que produce un sonido va en el sentido de las ondas sonoras, comprimindolas. Al ser menor la longitud de onda, el sonido es ms agudo. Por la parte posterior quedan ms separadas, longitud de onda ms grande igual a sonido ms grave

EFECTO DOPLER.- Cuando una fuente de ondas sonoras se aproxima a un observador o este se aproxima a la fuente, la frecuencia percibida por el observador es mayor que la producida por aquella.Por el contrario, si el movimiento es de alejamiento, el observador percibe una frecuencia menor.

Sea: f = frecuencia verdadera del sonido. f = frecuencia percibida por el observador.c = velocidad del sonido.Vf = velocidad de la fuente.V0 = velocidad del observador.

22Cuando se mueve la fuente sonora y al observador se encuentra en reposo se tiene:

Se usa el signo + si la fuente se aleja.Se usa el signo - si la fuente se acerca23

Cuando se mueve el observador y la fuente se mantiene en reposo se tiene:

Se usa el signo + si el observador se acerca.Se usa el signo - si el observador se aleja24

Cuando ambos, fuente y observador se mueven:

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El mvil que supera la velocidad del sonido es un supersnico. En ese momento se produce un estampido debido a la compresin a que est sometido el aireEl avin supersnicoQuiz oste alguna vez de un avin que rompe la barrera del sonido. MraloOtros ejemplos de superacin de la barrera del sonido

Coche a 1,4 MachTransbordador espacial superando la barrera del sonido

PTICAFisica 11

DefinicinLa ptica es la rama de la fsica que estudia el comportamiento de la luz, sus caractersticas y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexin, la refraccin, las interferencias, la difraccin, la formacin de imgenes y la interaccin de la luz con la materia.

Refraccin en distintos medios Desarrollo histrico Reflexin y refraccin En la Edad Antigua se conoca la propagacin rectilnea de la luz y la reflexin y refraccin. Dos filsofos y matemticos griegos escribieron tratados sobre ptica, Empdocles y Euclides.

AntecedentesYa en la Edad Moderna Ren Descartes consideraba la luz como una onda de presin transmitida a travs de un medio elstico perfecto (el ter) que llenaba el espacio. Atribuy los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partculas en el medio.

AntecedentesLa ley de la refraccin fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat enunci el principio del tiempo mnimo y a partir de l dedujo la ley de la refraccin.RefraccinEn la Refraccin el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente.

El rayo de luz que se desva al ingresar al segundo medio transparente se denomina rayo refractado.RefraccinEl ngulo en que el rayo incidente ingresa al segundo medio, se forma con la perpendicular al mismo, se denomina ngulo de incidencia. El ngulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ngulo de refraccin.

Interferencia (esquema simulado)Interferencia y difraccin

Dispersin de la luz en dos prismas de distinto material

Newton (1666) desarrolla las propiedades de los colores mediante un prisma encontrando que cada color se caracteriza por una refractibilidad especifica

G R A C I A S

PTICADra. Marta Georgina Ochoa MadrigalCMN 20 de noviembre ISSSTE

DefinicinLa ptica es la rama de la fsica que estudia el comportamiento de la luz, sus caractersticas y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexin, la refraccin, las interferencias, la difraccin, la formacin de imgenes y la interaccin de la luz con la materia.

Refraccin en distintos medios Desarrollo histrico Reflexin y refraccin En la Edad Antigua se conoca la propagacin rectilnea de la luz y la reflexin y refraccin. Dos filsofos y matemticos griegos escribieron tratados sobre ptica, Empdocles y Euclides.

AntecedentesYa en la Edad Moderna Ren Descartes consideraba la luz como una onda de presin transmitida a travs de un medio elstico perfecto (el ter) que llenaba el espacio. Atribuy los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partculas en el medio.

AntecedentesLa ley de la refraccin fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat enunci el principio del tiempo mnimo y a partir de l dedujo la ley de la refraccin.RefraccinEn la Refraccin el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente.

El rayo de luz que se desva al ingresar al segundo medio transparente se denomina rayo refractado.RefraccinEl ngulo en que el rayo incidente ingresa al segundo medio, se forma con la perpendicular al mismo, se denomina ngulo de incidencia. El ngulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ngulo de refraccin.

Interferencia (esquema simulado)Interferencia y difraccin

Dispersin de la luz en dos prismas de distinto material

Newton (1666) desarrolla las propiedades de los colores mediante un prisma encontrando que cada color se caracteriza por una refractibilidad especificaLas ondas luminosas como ondas electromagnticas Las investigaciones en electricidad y magnetismo se desarrollaban culminando en los descubrimientos de Michael Faraday.

James Clerk Maxwell consigui resumir todo el conocimiento previo en este campo en un sistema de ecuaciones que establecan la posibilidad de ondas electromagnticas con una velocidad que poda calcularse a partir de los resultados de medidas elctricas y magnticas La teora cuntica La mecnica cuntica ha influido decisivamente sobre el concepto cientfico de la naturaleza de la luz.

Albert Einstein el que, basndose en los cuantos de Planck retom la teora corpuscular de la luz en una nueva forma, asignndole realidad fsica de dichos cuantos (fotones). Albert EinsteinExplica algunos fenmenos que se haban descubierto, relativos a la transformacin de la luz en energa corpuscular que eran inexplicables con la teora ondulatoria. El efecto fotoelctrico la energa impartida a las partculas secundarias es independiente de la intensidad y es proporcional a la frecuencia de la luz. La rama de la ptica de cuerpos en movimiento particip en el desarrollo de la teora de la relatividad.

Teoras cientficas La ptica geomtrica: Trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisin de la luz por medios homogneos (lentes, espejos), la reflexin y la refraccin. La ptica ondulatoria: Considera a la luz como una onda plana, teniendo en cuenta su frecuencia y longitud de onda. Se utiliza para el estudio de difraccin e interferencia. Teoras cientficasLa ptica electromagntica: Considera a la luz como una onda electromagntica, explicando as la reflectancia y transmitancia, y los fenmenos de polarizacin y anisotropa. La ptica cuntica u ptica fsica: Estudio cuntico de la interaccin entre las ondas electromagnticas y la materia, en el que la dualidad onda-corpsculo desempea un papel crucial.

Espectro electromagntico Si bien la ptica se inici como una rama de la fsica distinta del electromagnetismo en la actualidad se sabe que la luz visible parte del espectro electromagntico, Conjunto de todas las frecuencias de vibracin de las ondas electromagnticas. Los colores visibles al ojo humano se agrupan en la parte del espectro denominado visible.

G R A C I A S

PTICADra. Marta Georgina Ochoa MadrigalCMN 20 de noviembre ISSSTE

DefinicinLa ptica es la rama de la fsica que estudia el comportamiento de la luz, sus caractersticas y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexin, la refraccin, las interferencias, la difraccin, la formacin de imgenes y la interaccin de la luz con la materia.

Refraccin en distintos medios Desarrollo histrico Reflexin y refraccin En la Edad Antigua se conoca la propagacin rectilnea de la luz y la reflexin y refraccin. Dos filsofos y matemticos griegos escribieron tratados sobre ptica, Empdocles y Euclides.

AntecedentesYa en la Edad Moderna Ren Descartes consideraba la luz como una onda de presin transmitida a travs de un medio elstico perfecto (el ter) que llenaba el espacio. Atribuy los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partculas en el medio.

AntecedentesLa ley de la refraccin fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat enunci el principio del tiempo mnimo y a partir de l dedujo la ley de la refraccin.RefraccinEn la Refraccin el rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente.

El rayo de luz que se desva al ingresar al segundo medio transparente se denomina rayo refractado.RefraccinEl ngulo en que el rayo incidente ingresa al segundo medio, se forma con la perpendicular al mismo, se denomina ngulo de incidencia. El ngulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ngulo de refraccin.

Interferencia (esquema simulado)Interferencia y difraccin

Dispersin de la luz en dos prismas de distinto material

Newton (1666) desarrolla las propiedades de los colores mediante un prisma encontrando que cada color se caracteriza por una refractibilidad especificaLas ondas luminosas como ondas electromagnticas Las investigaciones en electricidad y magnetismo se desarrollaban culminando en los descubrimientos de Michael Faraday.

James Clerk Maxwell consigui resumir todo el conocimiento previo en este campo en un sistema de ecuaciones que establecan la posibilidad de ondas electromagnticas con una velocidad que poda calcularse a partir de los resultados de medidas elctricas y magnticas La teora cuntica La mecnica cuntica ha influido decisivamente sobre el concepto cientfico de la naturaleza de la luz.

Albert Einstein el que, basndose en los cuantos de Planck retom la teora corpuscular de la luz en una nueva forma, asignndole realidad fsica de dichos cuantos (fotones). Albert EinsteinExplica algunos fenmenos que se haban descubierto, relativos a la transformacin de la luz en energa corpuscular que eran inexplicables con la teora ondulatoria. El efecto fotoelctrico la energa impartida a las partculas secundarias es independiente de la intensidad y es proporcional a la frecuencia de la luz. La rama de la ptica de cuerpos en movimiento particip en el desarrollo de la teora de la relatividad.

Teoras cientficas La ptica geomtrica: Trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisin de la luz por medios homogneos (lentes, espejos), la reflexin y la refraccin. La ptica ondulatoria: Considera a la luz como una onda plana, teniendo en cuenta su frecuencia y longitud de onda. Se utiliza para el estudio de difraccin e interferencia. Teoras cientficasLa ptica electromagntica: Considera a la luz como una onda electromagntica, explicando as la reflectancia y transmitancia, y los fenmenos de polarizacin y anisotropa. La ptica cuntica u ptica fsica: Estudio cuntico de la interaccin entre las ondas electromagnticas y la materia, en el que la dualidad onda-corpsculo desempea un papel crucial.

Espectro electromagntico Si bien la ptica se inici como una rama de la fsica distinta del electromagnetismo en la actualidad se sabe que la luz visible parte del espectro electromagntico, Conjunto de todas las frecuencias de vibracin de las ondas electromagnticas. Los colores visibles al ojo humano se agrupan en la parte del espectro denominado visible.

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