GUÍA II

PEDAGÓGICA

FISICA 8.

El uso de la siguiente web- grafía es parcial

para la elaboración del material.

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Medidas

Sistema_internacional.htm

www.mastermagazine.info/termino/5236.p

hp

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ONDAS (FENÓMENO ONDULATORIO)

En función de la clase de energía propagada podemos clasificar las ondas en dos grandes

grupos, ondas electromagnéticas y ondas mecánicas. Estas últimas, que propagan energía

mecánica, se caracterizan por que requieren de un medio material para propagarse por lo

que también se las puede llamar ondas materiales.

Propagación de ondas en medios elásticos

Para que una onda mecánica se pueda propagar el medio debe cumplir

dos requisitos fundamentales:

Ser elástico. Un medio elástico da lugar a la aparición de fuerzas de restauración cuando

una parte del mismo se aparta de su posición de equilibrio

Tener inercia. En un medio inerte sus partículas constitutivas tienden a mantener un

estado determinado y esto es lo que permite explicar, en última instancia el movimiento

ondulatorio.

Propagación de ondas en medios elásticos

Cuando la bola 1 de la figura izquierda golpea la bola 2 se producirá una propagación de

energía que hará que, al cabo de un tiempo, se desplace la bola 5. Esto se produce

gracias a la elasticidad del medio. Si las bolas fuesen de plastilina la energía inicial de la

bola se consumiría en su deformación y no llegaría a la última.

Por otro lado, observa que las bolas anteriores sólo propagarían el movimiento en una

dirección y sentido. Si las uniésemos con muelles, como en la figura derecha, cualquiera

que fuese la dirección del movimiento de la bola 1 sería transmitido a la bola 2.

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Las ondas se pueden clasificar de dos formas

Según el medio de propagación, las ondas pueden ser mecánicas o

electromagnéticas.

Las ondas mecánicas requieren de un medio material o elástico que vibre. Por ejemplo,

las ondas en el agua.

Las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse, se

propagan en el vacío. El calor y la luz del Sol nos llegan a través de estas ondas. También

son ondas electromagnéticas las que proceden de las antenas de los teléfonos

móviles, así como las que proceden de las emisoras de radio y televisión.

Según la dirección de propagación, las ondas pueden ser transversales o

longitudinales.

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Taller #1 ondas

1. Determine mediante 7 ejemplos utilizando método científico la apreciación de

ondas en la naturaleza. 2. Clasifique las siguientes ondas en transversales o longitudinales.

3. Defina los siguientes términos:

Onda cresta frecuencia

Longitud de onda nodo intervalo

Valle antinodo

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Hertz

El Hertz, Hertzio, hercio o Hz es una unidad física usada para medir la frecuencia de

ondas y vibraciones de tipo electromagnético. Debe su nombre a su descubridor, H.R.

Hertz quien vió que los impulsos eléctricos se comportaban como ondas, y por tanto se

podía medir su frecuencia contando los ciclos que hacían por segundo.

Evidentemente, a mayor número de vibraciones, la frecuencia y por tanto el número de

Hercios sería mayor, y la longitud de onda sería menor. El descubrimiento de que las

ondas se podían emitir por el espacio permitió desarrollar tecnologías sin hilos tan

comunes como la televisión, radio, Wi-Fi, Bluetooth... Cada tipo de aparatos usa una

frecuencia para comunicarse entre si y de ese modo no causar interferencias con otros.

Para ver un ejemplo concreto sólo debes observar los diales de la radio FM, en los que

cada emisora tiene un canal de frecuencia indicado para poder emitir y ser escuchada. Lo

mismo sucede con el resto de aparatos, que emiten en frecuencias que van desde unos

pocos a millones de hercios por segundo, hablando entonces de kilohercios (kHz),

megahercios (MHz) o gigahercios (GHz).

De hecho, nosotros mismos al hablar usamos ondas de baja frecuencia, emitidas al hacer

vibrar nuestras cuerdas vocales. Nuestros oidos están entrenados para escuchar sonidos

de frecuencia entre 0 y 20.000 Hzs, a partir de ahí son inaudibles para nosotros, entrando

en el campo de los ultrasonidos.

Fuera del campo de ondas, los usos del Herzt son también muchos y muy variados:

desde medir las velocidades de los procesadores (son un estandard para medir el

rendimiento de un ordenador), los pulsos electromagnéticos, la frecuencia de la corriente

alterna, la velocidad de refresco de una pantalla (50 y 60 Hzs son las frecuencias más

comunes en Europa y en EEUU, respectivamente), la influencia de un campo magnético,

sintonizar la radio y la televisión, medir el espectro luminico... y un larguísimo etcétera.

En ciertos campos específicos se suelen usar otras unidades en substitución de los

Hercios para no confundir términos o bien por ser el hercio poco adecuado para una

medición concreta. Así, en música se puede hablar de beats por minuto (bpm), en

medicina de latidos por minuto, en mecánica de revoluciones por minuto (rpm)... sea

como sea, son unidades todas ellas de frecuencia y por tanto totalmente trasladables a

herzios con la conversión adecuada

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REPRESENTACIÓN DE LAS ONDAS EN EL PLANO

CARTESIANO.

Tren de ondas: Todas las ondas al moverse lo hacen una tras otra como si fuera un tren

de donde se coloca un vagón tras otro.

Nodo: Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.

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REPRESENTACIÓN DE LAS ONDAS EN EL PLANO

CARTESIANO.

Elongación: Es la distancia entre cualquier punto de onda y su posición de equilibrio.

Cresta, monte o pico: es el punto más alto de una onda

Valle: Es el punto más bajo de una onda.

Periodo: Tiempo que tarda en efectuarse una onda o vibración completa, se mide en

segundos o s/ciclo se representa con una T mayúscula.

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REPRESENTACIÓN DE LAS ONDAS EN EL PLANO

CARTESIANO.

Amplitud (A): Es la máxima separación de la onda o vibración desde su punto de equilibrio

La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos máximos o compresiones consecutivos de la onda. En las ondas transversales la longitud de onda corresponde a la distancia entre dos montes o valles, y en las ondas longitudinales a la distancia entre dos compresiones contiguas. También podemos decir que es la distancia que ocupa una onda completa, se indica con la letra griega lambda (Λ) y se mide en metros. A la parte superior de la onda se le llama cresta y a la inferior se le llama valle.

Tomaremos como ejemplo ilustrativo una onda transversal.

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REPRESENTACIÓN DE LAS ONDAS EN EL PLANO

CARTESIANO.

Las dos magnitudes anteriores, longitud y frecuencia, se relacionan entre sí para calcular la velocidad de propagación de una onda.

Velocidad de propagación: Es la relación que existe entre un espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo.

Se indica con la letra V y es igual al producto de la frecuencia (f) por la longitud de onda (λ).

Matemáticamente se expresa así:

por lo tanto

fórmula que nos indica que la longitud de onda λ y la frecuencia f son dos magnitudes inversamente proporcionales, es decir que cuanto mayor es una tanto menor es la otra.

Periodo: Es el tiempo (en segundos) que tarda un punto en realizar una oscilación completa al paso de una onda. Se abrevia con la letra (T). La frecuencia (f) se relaciona con el periodo según la fórmula

Volvamos a la fórmula

para reemplazar en ella f (frecuencia), y nos queda la fórmula

Lo cual nos indica que también podemos calcular la velocidad si conocemos la longitud (λ) y el periodo (en segundos) de una onda.

Como vemos, podemos relacionar estas magnitudes y conociendo los valores de algunas de ellas podemos determinar los valores de las otras, usando las fórmulas indicadas.

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REPRESENTACIÓN DE LAS ONDAS EN EL PLANO

CARTESIANO.

Ejemplo:

Problema 1

El edificio Platinum, ubicado en Santiago, se mece con una frecuencia aproximada a 0,10 Hz. ¿Cuál es el periodo de la vibración?

Datos:

Frecuencia f = 0,10 Hz

Fórmula:

Reemplazamos los valores

Calculamos T seg

Respuesta:

El periodo (intervalo de duración entre dos crestas de una onda) es de 10 segundos.

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TALLER # 2 REPRESENTACIÓN DE LAS ONDAS EN EL

PLANO CARTESIANO.

(represente en plano cartesiano en hojas de papel milimetrado y usando curvígrafo)

1. Una ola en el océano tiene una longitud de 10 m. Una onda pasa por una determinada posición fija cada 2 s. ¿Cuál es la velocidad de la onda? Datos:

Longitud (λ) = 10 m

Periodo (T seg ) = 2 seg

Velocidad (V) = ¿

2. Ondas de agua en un plato poco profundo tienen 6 cm de longitud. En un punto, las ondas oscilan hacia arriba y hacia abajo a una razón de 4,8 oscilaciones por segundo. a) ¿Cuál es la rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es el periodo de las ondas?

Datos:

longitud (λ) = 6 cm

frecuencia (f) = 4,8 Hz

3. Ondas de agua en un lago viajan 4,4 m en 1,8 s. El periodo de oscilación es de 1,2 s. a) ¿Cuál es la rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es la longitud de onda de las ondas?

Datos:

Distancia recorrida por las ondas: 4,4 m

Tiempo en recorrer esa distancia: 1,8 seg

Periodo: 12,2 seg

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Sonido

El sonido es un fenómeno físico que estimula el sentido del oído, también es conocido

como la manera particular de sonar que tiene una determinada cosa. Las vibraciones que

producen los cuerpos materiales al ser golpeados o rozados se transmiten por un medio

elástico, donde se propagan en forma de ondas y al llegar a nuestros oídos, producen

la sensación sonora. Un sonido se diferencia de otro por sus características de

percepción, las cuales son su intensidad (fuerza con que se percibe), puede ser fuerte o

débil; su tono (marca la frecuencia o número de vibraciones por segundo que produce el

cuerpo que vibra), puede ser grave y agudo; y por último, su timbre (cualidad que nos

permite distinguir entre dos o más sonidos producidos por distintas fuentes sonoras).

El sonido se transmite con facilidad a través del aire, pero se transmite mejor a través

de los sólidos y los líquidos. En el vacío, no se transmite el sonido, ya que es necesario

un medio material para la propagación de las vibraciones producidas. El hombre con

su tecnología ha logrado la transmisión del sonido a grandes distancias, convirtiendo las

ondas sonoras en ondas de radio que se desplazan por el espacio a la velocidad de la luz

y convirtiéndolas luego en sonido (sonidos de la radio y la televisión). Igualmente ha

convertido el sonido en impulsos eléctricos, que son conducidos por cables hasta un

aparato que los vuelve a transformar en sonidos (por ejemplo, el teléfono).

La velocidad de propagación del sonido depende del medio por donde se transmita. En el

aire recorre 340 metros por segundo (menor a la de la luz), en el agua es de 1500 y en los

sólidos va desde 2500 hasta 6000 metros por segundos. En otras palabras, en los sólidos

se percibe mejor el sonido. Desde el lugar en donde se produce, las ondas sonoras se

transmiten en todas direcciones en línea recta, al chocar con algún obstáculo en su

camino se reflejan cambiando de dirección. La reflexión del sonido origina la resonancia

y el eco. La primera se produce cuando el sonido se refleja en un obstáculo que se

encuentre a menos de 17 metros, y la segunda se refiere a la repetición de un sonido

reflejada por una superficie dura, la reflexión ocurre a más de 17 metros.

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Taller # 3 sonido

Entregar en hojas de cuadernillo.

1. El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 y 20000 Hertz. Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en el aire con la velocidad de 330 ms-1.

2. En época de lluvia, es muy común que de momento se observa una luz brillante y posteriormente el trueno. ¿A qué distancia se produce un rayo? Si al observar el relámpago de luz, cuatro segundos después se escucha el trueno.

3. Considerando el problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue de 1360 m, ¿en qué tiempo se escucharía el trueno? Si el sonido ahora viaja por agua.

4. Una tubería de acero es golpeada a una distancia de 3.2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto donde se escucha en 0.53 segundos ¿a qué velocidad viaja el sonido?

5. Un péndulo realiza 10 oscilaciones en un tiempo de 24 segundos, ¿cuál será su periodo y su frecuencia?