COLEGIO NUEVA ERA SIGLO XXI DEPTO DE CIENCIAS NATURALES  FISICA CONTENIDOS 1er Año Medio Profesor: Alipio Rojas Cabezas

( Actualización: 05 de Abril 2009)

Elementos de una onda  (Presentación PowerPoint , necesitas winzip)

El Sonido

Vibraciones y Sonido

Todos hemos escuchado en más de una oportunidad el sonido de una guitarra, de un piano, de un saxo, todos ellos tienen algo en común, son producidos por vibraciones, en el caso de la guitarra y del piano, es una cuerda la que vibra; en el caso del saxo es una columna de aire la que vibra generando el sonido.

Pero ¿qué es una vibración?

Una vibración es el movimiento de vaivén que experimenta un cuerpo en torno a un punto de equilibrio.

La vibración de un péndulo en torno a su posición de equilibrio se denomina oscilación

Cuando el péndulo va desde la posición (1), pasando por las posiciones (2), (3) y (4) y vuelve a la posición (1) ha completado una oscilación o ciclo

La distancia a la que se encuentra el péndulo (lámina) de su posición de equilibrio en un instante determinado se denomina elongación ( E )

Se denomina amplitud ( A ) de la oscilación o vibración a la distancia máxima a la que se aleja el péndulo de su posición de equilibrio.

La amplitud corresponde, entonces, a la elongación máxima

Tanto la amplitud como la elongación se miden en unidades de longitud

El tiempo que tarda el cuerpo en ir y volver a una misma posición, es decir en completar una oscilación o ciclo, se denomina período ( T ) y se expresa en unidades de tiempo (segundos, minutos, horas, días, etc)

Si llamamos n al número de oscilaciones y t al tiempo que demora en completar las oscilaciones, el periodo T se puede determinar a través de la ecuación:

T = t / n

Al número de vibraciones u oscilaciones que realiza el cuerpo en una unidad de tiempo se denomina frecuencia y se representa con la letra f

Si el tiempo se mide en minutos, la frecuencia se mide en vibraciones / minutos  u

oscilaciones / minuto o en revoluciones por minuto ( RPM )

La frecuencia de giro de los motores se mide en RPM, la frecuencia de los discos fonográficos (de vinilo) también se medía en RPM, los había de 45 RPM (discos singles), 33 1/3 RPM (Long Play o LP); y los más antiguos (de acetato) de 78 RPM, es decir giraban dando 78 vueltas por minuto

La frecuencia también se medía, antiguamente, en RPS   unidad que hoy, en el sistema internacional de unidades se denomina Hertz  (Hz)

Un Hertz es igual a una vibración/segundo o un ciclo/segundo o una oscilación/segundo y puede expresarse como:

 Hz = 1/ s

Si llamamos n al número de oscilaciones y t al tiempo que demora en completar las oscilaciones, la frecuencia f se determina a través de la ecuación:

f = n / t

Si un péndulo se mueve más lentamente, aumenta el tiempo para completar una oscilación y por lo tanto disminuye su frecuencia. Por esto se dice que el período es inversamente proporcional a la frecuencia

T = 1 / f

Elementos de una onda

El movimiento vibratorio de ida y vuelta de un péndulo que se balancea, constituye lo que se llama movimiento armónico simple y puede representarse gráficamente con una curva senosoidal como la de la figura siguiente

Se denomina monte a la amplitud positiva de la oscilación y valle a la amplitud negativa

La distancia entre dos montes o dos valles consecutivos se denomina

La longitud de onda se mide en unidades de longitud (metros, centímetros, etc)

La figura siguiente representa un "perfil de onda", que es la representación gráfica de un movimiento oscilatorio, y através de ella identifiquemos los elementos antes definidos

En ella se ha superpuesto al eje horizontal de longitud el eje del tiempo, ya que el tiempo transcurre junto con el desplazamiento del cuerpo

Al analizar la figura se observa que :

1.- La amplitud de esta oscilación es de  A = 4 cm

2.- La longitud de esta oscilación es de 20 cm, que es la distancia que existe entre dos montes o dos valles consecutivos

3.- El período de esta vibración es de 0,4 segundos, que es el tiempo que tarda en completarse una oscilación

4.- La frecuencia de esta oscilación se puede determinar de dos maneras:

a) a partir de la definición, el número de vibraciones en un segundo, la que se obtiene mirando el dibujo y es de 2,5 vibraciones/segundo o 2,5 Hz

b) a partir de la ecuación    f = 1 /T

f = 1 / 0,4 (s)                  f = 2,5 (1/s) , es decir           f = 2,5 Hz

Rapidez de propagación de una onda

De la mecánica sabemos que la rapidez de un móvil es igual al cuociente entre la distancia recorrida por el móvil y el tiempo empleado en recorrer esa distancia, es decir:

rapidez = distancia recorrida / tiempo empleado

para el caso de una onda, la distancia recorrida corresponde a la longitud de onda y el tiempo empleado al período

rapidez de propagación = longitud de onda / período

          y como T = 1 / f ,       podemos escribir            

Por lo tanto, para la onda que estamos analizando, se tiene que su rapidez de propagación es:

Rapidez de propagación del sonido

La rapidez con que se propaga el sonido depende del medio material en que lo haga.

La rapidez de propagación del sonido en un medio depende de su elasticidad, densidad y temperatura

En el aire se propaga con menor rapidez que en el agua y en el agua se propaga con menor rapidez que en los sólidos

La rapidez de propagación del sonido en el aire se determina mediante la siguiente ecuación

v = (331 + 0,6 ºt) m/s         donde ºt representa la temperatura del aire medida en grados celsius

La tabla siguiente nos muestra el valor de la rapidez de propagación promedio en diferentes medios

Revisa las páginas 14, 15, 36, 37, 38 y 39 del texto de Física de 1ro Medio  Ed. Santillana