Las ondas:Sonido y Luz

El movimiento ondulatorio

• El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas.

Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo, a través del espacio transportando energía

y no materia.

onda

Clasificación de las ondas:• Según el medio en el que se propagan: - Ondas mecánicas - Ondas electromagnéticas - Ondas gravitatacionales• En función de su propagación: - Unidimensionales - Bidimensionales o superficiales - Tridimensionales o esféricas• En función de la dirección de perturbación: - Ondas longitudinales - Ondas transversales• En función de su periodicidad - Periódicas - No periódicas

Clases de ondas

• Mecánicas:• Electromagnéticas

: • gravitacionales

En función del medio en que se propaganOndas mecánicas

• necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse.

• Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella.

• Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.

Onda propagada en agua

•Ondas electromagnéticas

•se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío.

•Ondas gravitacionales

•son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no se puede afirmar que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo.

•En función de su propagación o •frente de onda

•Ondas unidimensionales •son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los resortes o en las cuerdas.

•Ondas bidimensionales o superficiales •Son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. •Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.

•Ondas tridimensionales o esféricas•Son ondas que se propagan en tres direcciones.

•Sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones.

Clases de ondas• Longitudinales: El medio se desplaza

en la dirección de la propagación.

El aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido.

Clases de ondas• Tranversales: El medio se desplaza en

ángulo recto a la dirección de la propagación.

Las ondas en un estanque avanzan horizontalmente pero el agua se desplaza verticalmente

• Las ondas longitudinales siempre son mecánicas. Las ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de movimiento ondulatorio.

• Las ondas transversales pueden ser mecánicas ( ondas que se propagan a lo largo de una cuerda tensa) o electromagnéticas (la luz o las ondas de radio).

• Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, 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 onda

Amplitud

Cresta

Valle

Elementos de una onda transversal

• Valle: punto más bajo de la onda• Cresta: punto más alto de la onda•Longitud de onda: distancia entre dos crestas o valles sucesivos.•Amplitud: altura de la cresta o del valle.

•Ondas periódicas •la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal.

En función de su periodicidad

•Ondas no periódicas•la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas se denominan también pulsos.

• Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones por segundo.– Se mide en hertzios (Hz)– 1 Hz = una oscilación en un segundo

• Período ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa.

• Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia (T = 1/f )– Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia

de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.)

PARÁMETROS DE UNA ONDAPARÁMETROS DE UNA ONDA

La frecuencia y el sonido• El tono del sonido depende de la frecuencia.• A frecuencias bajas corresponden sonidos

graves.• A frecuencias altas corresponden sonidos

agudos.

27 Hz 100 Hz 200 Hz 440 Hz 1000 Hz 3000 Hz

λv

f =

• Longitud de onda ( λ ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación.

• Velocidad de transmisión ( 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 período

– Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia, podremos decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia

λ = v . T λ = v / f v = λ . f

PARÁMETROS DE UNA ONDAPARÁMETROS DE UNA ONDA

El Sonido

• El Sonido se propaga mediante ondas longitudinales

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases.La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 ºC) es de 340 m/sEn el aire, a 0 ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s En el agua es de 1.600 m/s En la madera es de 3.900 m/s En el acero es de 5.100 m/s

El SonidoEl efecto Doppler

-El tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja.

-Esto ocurre cuando un móvil que produce un sonido va en el sentido de las ondas sonoras, comprimiéndolas. Al ser menor la longitud de onda, el sonido es más agudo. Por la parte posterior quedan más separadas, longitud de onda más grande igual a sonido más grave

Efecto DopplerOndas con fuente de sonido en

reposo

Efecto DopplerOndas con fuente de sonido en

movimiento

Efecto DopplerOndas con fuente de sonido

igualando a la velocidad del sonido

El móvil que supera la velocidad del sonido es un “supersónico”. En ese momento se produce un estampido debido a la compresión a que está

sometido el aire

• El avión “supersónico”

• Quizá oíste alguna vez de un avión que “rompe la barrera del sonido”. Míralo

Otros ejemplos de superación de la barrera del sonido

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

REFLEXIONEsta propiedad se da cuando una onda choca con otro objeto o llega a una frontera con otro medio, a los cuales no puede atravesar y se desvía, otra vez hacia el medio original, y parámetros como velocidad longuitud y frecuencia son similares.

Fenómenos de Ondas

Interferencia

Cuando dos ondas se encuentran en una misma región del espacio, sus componentes se suman y dan como resultado una nueva función de onda.

La perturbación de cualquier punto del medio en el cual se interfieren las ondas, será la suma algebraica de las perturbaciones de todas las ondas que se encuentren en ese punto.

Este efecto es característico del movimiento ondulatorio, no existe ningún caso análogo en el que dos partículas se encuentren en el mismo lugar del espacio.

Interferencia Constructiva:

Las ondas se encuentran en fase, por lo tanto las crestas y los valles de ambas se superpondrán, y darán como resultado una onda de mayor amplitud que las primeras.

Interferencia Destructiva

Las ondas se encuentran relativamente fuera de fase, y por lo tanto las crestas de una se superpondrán con los valles de la otra. La onda resultante tendrá una amplitud menor que la mayor amplitud de todas las ondas.

En un caso extremo, dos ondas de igual amplitud y frecuencia se encontrarán totalmente desfasadas, dando como resultado una cancelación de ambas.

Resultante

Onda 2

Onda 1

Ondas electromagnéticasOndas electromagnéticas

• Propagan su energía Propagan su energía por perturbaciones eléctricas y por perturbaciones eléctricas y magnéticas.magnéticas.

• No necesitan de un medio material para propagarse. No necesitan de un medio material para propagarse.

• Se propagan en el vacío .Se propagan en el vacío .

Ejemplos:Ejemplos:•Ondas de luz Ondas de luz •Ondas de radioOndas de radio•Rayos ultravioletasRayos ultravioletas•Rayos XRayos X•MicroondasMicroondas

APLICACIONES APLICACIONES FÍSICAS DE LAS FÍSICAS DE LAS

ONDASONDAS