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JAVIER SANZ

Física y Química.Energía y ondas. Luz y sonido.

MOVIMIENTO ONDULATORIO

Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio y que se caracteriza por un transporte de energía, pero no de materia.

Teniendo en cuenta la relación que existe entre la dirección de propagación y la del movimiento vibratorio de las partículas, las ondas se clasifican en longitudinales y transversales.

Las ondas transversales son aquellas en que las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de la propagación. Se representan así:

Las microondas y las ondas de radio son un ejemplo de este tipo.

Las ondas longitudinales son aquellas en que las partículas vibran en la misma dirección que la de la propagación. Ej. Un muelle.

Según el medio por el que se propagan, también hay ondas electromagnéticas y mecánicas.

La luz es un ejemplo de onda electromagnética, no necesita un medio material para transmitirse.

El sonido necesita un medio material para transmitirse, por eso se dice que se transmite a través de ondas mecánicas.

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Magnitudes básicas de una onda

Las magnitudes físicas que permiten diferenciar una onda de otra son: la amplitud, la longitud de onda, el período, la frecuencia y la velocidad de propagación.

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- La longitud es la distancia que recorre una onda en un ciclo. Se mide en metros.

- La amplitud es la distancia que hay al punto medio de la onda.

- El período es el tiempo que tarda la vibración que se propaga en recorrer un espacio igual a la longitud de onda.

- La frecuencia es el número de oscilaciones completas que se realiza en un segundo. Se mide en hercios (Hz)

- La velocidad es distinta en cada medio. Si se propaga en un medio homogéneo, el movimiento es uniforme.

- La velocidad de propagación es la relación que existe entre un espacio recorrido igual a la longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo. Se mide en m/s

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EL SONIDO

El sonido son ondas longitudinales. Se representa por arcos de circunferencia concéntricos al lugar donde se origina.

La velocidad del sonido depende de dos factores fundamentales: del medio donde se transmite y la temperatura del medio. En los sólidos se propaga con mayor facilidad que en los líquidos, y, en éstos, mejor que los gases.

Propiedades del sonido

Las más importantes son la intensidad, el tono y el timbre.

La intensidad es la cualidad del sonido que permite clasificar a los sonidos en fuertes y débiles. La intensidad indica la cantidad de energía que transmite la onda.

El tono y frecuencia: nos permite diferenciar los sonidos altos (agudos) de los bajos (graves).

La frecuencia está relacionada con el tono porque los sonidos con frecuencias altas corresponden a tonos agudos.

Un sonido grave tiene una longitud de onda mayor que uno agudo.Página 4 de 11

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El timbre: es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos de igual intensidad (frecuencia) y tono (amplitud) producidas por dos fuentes sonoras diferentes.

Reflexión del sonido

La reflexión es el fenómeno que se produce cuando las ondas sonoras llegan hasta un obstáculo que se opone a su propagación y se reflejan, cambiando de dirección y sentido.

El eco: Está relacionado con la reflexión del sonido. Se produce cuando las ondas chocan contra un obstáculo y cambian de sentido repitiendo el sonido original.

Nuestro oído es capaz de distinguir dos sonidos si llegan separados por 0’1 s o más. Si producimos un sonido frente a un obstáculo y el tiempo transcurrido entre la emisión y la recepción del sonido reflejado es igual o mayor a 0’1 s, nuestro oído percibirá los dos sonidos: el original y el eco.

El sonar que se utiliza en navegación se basa en las reflexiones de ultrasonidos emitidos por este aparato y que capta también el tiempo de los sonidos reflejados. Los delfines y otros animales utilizan una especie de sonar para orientarse… ecolocación.

La reverberación: En el caso de que el tiempo de separación entre el sonido emitido y el reflejado sea menor de 0’1 s, nuestro oído percibe sólo un sonido prolongado que llamamos reverberación.

Los ultrasonidos: El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias se encuentran entre los 20Hz y los 20.000 Hz. Por encima de los 20.000 Hz se llaman ultrasonidos y por debajo de los 20 Hz infrasonidos.

La contaminación acústica: El ruido excesivo provoca pérdida de la audición, imposibilita el sueño relajado y reparador, disminuye la capacidad de concentración, provoca conductas agresivas e incluso alteraciones fisiológicas.

Para medir el ruido se usan los sonómetros y la unidad de medida es el dB.

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LA LUZ

La luz es una onda de tipo transversal que se puede propagar en el vacío donde alcanza una velocidad máxima de 300.0000 Km/s. En otros medios, como el agua 225.000 Km/s, es siempre menor.

Comportamiento de la materia frente a la luz.

Los medios que son atravesados por la luz y que se puede ver a través de ellos, se les llama transparentes. Los medios que dejan pasar una parte de la luz que reciben se denominan translúcidos. Los medios que no dejan pasar la luz son los cuerpos opacos.

La luz se propaga en línea recta y se llama rayo luminoso. Se utilizan líneas rectas para representar las ondas luminosas y explicar la existencia de sombras, penumbras y eclipses.

Si colocamos delante de un foco luminoso extenso un cuerpo opaco, observamos detrás de él:

Zonas donde no llega ningún rayo de luz (zona de sombra) Zona de penumbra (algunos rayos) Zona iluminada.

Isaac Newton en el s XVIII, descubrió que la luz blanca al pasar por un prisma óptico se divide en una banda multicolor denominada espectro de la luz visible.

El color de los cuerpos: Cuando hablamos del color que tiene un cuerpo nos estamos refiriendo al color que presenta con la luz del día. Un cuerpo de color azul significa que absorbe todos los colores de la luz blanca menos el azul, que lo refleja. El color blanco significa que refleja todos y el negro que los absorbe todos.

La luz emitida por un láser es monocromática y no se descompone al pasar por un prisma óptico.

Espectro electromagnético

La luz está formada por ondas electromagnéticas. Pero existen otras radiaciones que forman el espectro electromagnético y que se caracterizan por tener diferente longitud de onda y frecuencia.

Rayos gamma de frecuencia muy elevada pueden resultar nocivos para el tejido humano.

Rayos X descubiertos por W. Roentgen, son muy penetrantes, pero son absorbidos por materiales muy densos. Se utilizan en medicina… y pueden ser peligrosos.

Radiación ultravioleta: emitida por el sol y absorbida en parte por la capa de ozono. La exposición prolongada puede producir quemaduras y ser peligrosa.

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Espectro visible son las ondas comprendidas entre 0,4 y 0,8 milésimas de milímetro. Dentro de él, la roja tiene más longitud que la azul.

La infrarroja: cualquier objeto caliente emite esta radiación. Tiene mayor longitud que la luz visible.

Microondas: muy empleadas en la industria moderna.

Ondas de radio y TV: empleadas en telecomunicaciones, rádares, etc.

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Dispersión de la luz

Los fenómenos más importantes que experimentan las ondas de luz en su propagación son la reflexión y la refracción.

La reflexión

Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al incidir sobre la superficie de los cuerpos.

Leyes de la reflexión:

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

2ª ley: El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.

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La refracción: es el cambio de dirección que experimenta la luz cuando pasa de un medio transparente a otro de distinta densidad. Esto explica que cuando la luz blanca atraviesa un prisma, cada longitud de onda que la forma se desvíe de distinta forma saliendo separadas.

Leyes de la refracción:

1ª ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.

2ª ley: La relación entre el ángulo incidente y el ángulo de refracción depende de los índices de refracción de los dos medios.

Cuando el índice de refracción del segundo medio es mayor que el índice de refracción del primer medio, el rayo luminoso se acerca a la normal.

Cuando el índice de refracción del segundo medio es menor que el del primero, se aleja de la normal.

El índice de refracción de un medio es el cociente entre las velocidades de la luz en el vacío y en dicho medio.

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