TRABAJO ENCARGADO

FÍSICA APLICADA

Integrantes: Lorin Huisa Chura

Rosali Alania Cotrado

Gustavo Polo Luque

Capitulo 15:

Ondas mecánicas

¿Que son las ondas ?

Onda es cualquier perturbación de una condición de equilibrio que se mueve o se propaga en el tiempo de una región a otra en el espacio.

Se pueden encontrar ondas:

Tipos de ondas mecánicas periodicas:

Transversal: Los movimientos de las partículas son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda.

Longitudinal: Los movimientos de las partículas son en sentido horizontal, hacia adelante y atrás, a lo largo de la dirección de propagación de la onda.

Mecánicas

• Estas ondas viajan por algún material denominado medio.

Electromagnéticas

• Se propagan en el espacio vacío, no hay un medio.

Ondas Periódicas

Ondas transversales periódicas

Ondas longitudinales

periódicas.

Función de una onda

senoidal

Energía del movimiento ondulatorio

Interferencia de ondas, condiciones

de frontera y superposición

Ondas estacionarias

Capitulo 16:

Sonido y el oído

ONDAS SONORAS

Ondas sonoras como fluctuaciones

de presión

Características físicas de la onda

sonora:

Ondas sonoras estacionarias:

Características físicas de la onda

sonora:

Características físicas de la onda

sonora:

Características físicas de la onda

sonora:

¿Por qué se cayo el puente “TACOMA NARROWS”?

El puente de Tacoma Narrows es un puente colgante de 1600 metros de longitud. En 1940, el puente se hizo famoso por su dramático colapso estructural

Unas de la teorías formuladas acerca del colapso del puentes fue :

En el caso de este puente, la ligera velocidad del viento y la frecuencia del mismo coincidieron con la frecuencia natural del puente,por lo que la energía transferida se maximizó de tal manera que las ondas lo balancearon hasta colapsarlo, a pesar de estarconstruido para soportar vientos de hasta 200 kilómetros por hora según sus constructores.

A esta causa también se le atribuye el efecto aerodinámico de flameo; el flameo se origina cuando una perturbación de torsiónaumenta el ángulo de ataque del puente (o sea el ángulo entre el viento y el puente). La estructura responde aumentando ladeformación. El ángulo de ataque se incrementa hasta el punto en que se produce la pérdida de sustentación, y el puentecomienza a deformarse en la dirección opuesta.

En el caso del puente de Tacoma Narrows, este modoestaba amortiguado en forma negativa (o lo que es lomismo tenía realimentación positiva), lo cual significaque la amplitud de la oscilación aumentaba con cadaciclo porque la energía aportada por el viento excedía laque se disipaba en la flexión de la estructura. Finalmente,la amplitud del movimiento aumenta hasta que seexcede la resistencia de una parte vital, en este caso loscables de suspensión. Una vez que varios de los cablesfallaron, el peso de la cubierta se transfirió a los cablesadyacentes, que no soportaron el peso, y se rompieronen sucesión hasta que casi toda la cubierta central delpuente cayó al agua.

El fenómeno Aeroelástico ocasionado por la generación ydesprendimiento de torbellinos, se debe a la separación del fluidodel aire por la presencia de un obstáculo que viene a ser en estecaso el tablero del puente, que se caracteriza por desprendimientosperiódicos de torbellinos de sentido de rotación alternados llamadosvórtices de Von Karman, estas causan vibraciones verticales típicasde este fenómeno Aeroelástico.

Es por esta razón que los puentes en la actualidad son construidos con aberturas que permitan el libre transito

del viento por sus estructuras y no causen este fenómeno aerodinámico

• La falla del puente ocurrió a causa de un modo de torsión nunca antesobservado, con vientos de apenas 65 km/hora. Este modo es conocidocomo de torsión, y es distinto del modo longitudinal, en el modo detorsión cuando el lado derecho de la carretera se deforma hacia abajo,el lado izquierdo se eleva, y viceversa, con el eje central de la carreterapermaneciendo quieto.

“El día de su caída sufrió oscilaciones verticales de flexión de amplitudentre 0.5 y 1.0 metros, repitiéndose alrededor de 12 veces cadaminuto, seguidas de movimientos de torsión cuya amplitud fueaumentando hasta alcanzar 8.5 metros, lo que suponía que el tablerose situaba con una inclinación de 45º respecto de su posiciónhorizontal. Esta oscilación de repitió aproximadamente 14 veces porminuto hasta que finalmente se produjo el colapso.”

Dado que el viento no es nunca perfectamente horizontal, que la corriente de aire coincide sobre el puente por debajo levantando lentamente elborde izquierdo y bajando el borde derecho. El puente reacciono elásticamente a esta deformación y rota en sentido contrario. Ahora el viendoincide por un momento sobre el puente desde arriba, impulsando hacia abajo el borde izquierdo y elevando el borde derecho. El borde reaccionaelásticamente a esta deformación reiniciando el ciclo, las oscilaciones crecen en amplitud progresiva hasta el colapso del puente

¿Por qué un cantante, al sostener una nota de la frecuencia adecuada, puede quebrar un vaso si el cristal de este es de alta calidad, y porque no

sucede si el cristal del vaso es de baja calidad ?

La razón por la cual el cantante es capaz de quebrar con su voz , la copa de vidrio, es porque la frecuencia de su canto se igualaa la frecuencia natural de la copa ,con ello se forman ondas estacionarias, y si la intensidad y la frecuencia se mantienen eltiempo suficiente se produce el fenómeno de la resonancia, para que ésta aumente su amplitud de oscilación y se llegue aromper, este experimento es difícil es por eso que debe ser delgada como las copas finas de cristal que tienen un tono puro.

La amplitud de oscilaciones son muy sensibles a la frecuencia , por ejemplo una fuerza con baja frecuencia que impulsa a unoscilador de frecuencia natural , produce pequeñas vibraciones , cuanto mayor sea la frecuencia , las vibraciones son mayores ,pero si la frecuencia se aproxima o es igual a la frecuencia natural , aunque la magnitud de la fuerza sea pequeña producereacciones que pueden llegar a ser destructivas , como es el caso de la copa de vidrio.

¿ Por qué los edificios de diferentes alturas sufren diferentes daños durante un terremoto ?

• La cuidad esta llena de estructuras elásticas degran escala como es el caso de los edificios quepresentan diferentes tamaños y forma; lafrecuencia de los sismos, la frecuencia como senueve el suelo, es de un rango de los 0.5 -2Hz, son frecuencias relativamente bajas, pero lasgrandes masas de los edificios de más de 5 pisosde altura , por su propia inercia tienden a tenerfrecuencia bajas y son más propicias a presentar elfenómeno de la resonancia

• Los edificios de 5 a más pisos de altura sontípicamente resonante

• La amplitud de las oscilaciones mecánicas de losedificios tienden a crecer tanto en cada ciclo quepueden llegar al punto de ruptura.

Simulación de un sistema de resonancia con equipos tecnológicos