8.-FENÓMENOS ONDULATORIOS.
INTRODUCCIÓN
¿Que es el sonido? ¿Cómo se produce? ¿Cómo se propaga? Para poder responder a estas preguntas analicemos los siguientes hechos:
a) En cuanto a la producción del sonido, podemos ver que cuando alguien grita, hace vibrar sus cuerdas vocales, o si alguien le da un golpe a un vaso, éste vibra produciendo un sonido característico, o si alguien apoya la mano en un altavoz en funcionamiento, notará como vibra.
b) El sonido puede llegar a cierta distancia de donde se produce, es lo que denominamos la propagación del sonido. Como podemos deducir de los ejemplos anteriores, el origen del sonido es una vibración. El cuerpo que vibra hará vibrar a sus partículas vecinas, y éstas a otra... así hasta que el sonido o vibración llegue a nosotros, tal como se indica en el dibujo.
Si la hipótesis que hemos formulado es cierta, entonces debe cumplirse:
1) Si no hay nada entre el sonido y nosotros, no se transmitirían las vibraciones.
2) Si en lugar de aire colocamos un cuerpo solido entre el cuerpo que produce el sonido y el receptor, el sonido tendría que propagarse mejor por la propia estructura interna del solido, donde las partículas están más juntas y siempre vibrando en mayor o menor grado en comparacion con las moléculas de los gases.
3) El sonido se propagará en todas las direcciones.
Los supuestos anteriores pueden comprobarse experimentalmente:
1) El sonido no se propaga en el vacío. Si situamos un timbre eléctrico en el interior de un frasco de cristal y producimos el vacío en su interior del frasco, el timbre dejerá de oirse.
2) Si se pega el oido a una vía del tren, se puede llegar a escuchar el tren antes de que su sonido nos llegue a través del aire.
3) El sonido puede oirse independientemente de la posición en la que nos coloquemos, siempre y cuando estemos a la misma distancia.
Por lo tanto, queda demostrada nuestra hipotesis: El sonido se propaga cuando unas partículas comunican a otras la vibración inicial
Cuando se propaga una vibración, que es movimiento, estamos diciendo que se propaga energía.
Los fenómenos ondulatorios consisten en la propagación de una vibración sin que haya transporte de materia.
parece por lo tanto, que las ondas necesitan un soporte material para propagarse. En cursos posteriores verán como hay ondas que no necesitarán de dicho soporte material
Ejercicios:
1) ¿Que ocurre al sacudir una cuerda por un extremo sin solatarla? ¿Es un fenómeno ondulatorio lo que se observa?
2) ¿Como explicaría el hecho de que pegues la oreja en la puerta para escuchar con más claridad lo que se dice en la habitación contigua.?
LOS FENÓMENOS ONDULATOROS: MAGNITUDES
Como hemos visto en anteriores ocasiones,, necesitamos definir magnitudes que nos permitan describir los fenómenos.
Las magnitudes con las que vamos a trabajar son:
1) El periodo
2) La frecuencia
3) La longitud de onda
Relacinando estos parámetros deduciremos la velocidad de propagación
Supongamos una cuerda que está atada por uno de sus puntos, y en el otro provocamos una perturbación. Vemos que la perturbación se propaga a través de la cuerda, vaja a través de la cuerda, lo cual nos hace pensar que hay un transporte de energía
Vemos que no hay transporte de materia.
Llamaremos periodo T al intevalos de tiempo mínimo entre dos estados de perturbación iguales y sucesivos, es decir, el tiempo empleado en una oscilación completa.
Llamaremos longitud de onda l a la distancia mínima que hay entre dos puntos que se encuentran en el mismo estado de oscilación.
Llamaremos frecuencia f a la inversa del periodo.
f = 1 / T
Se mide en vueltas /s, pero es más correcto decir 1/s ó Hz (herzios o ciclos por segundo)
La velocidad de propagación de la onda está relacionada con los parámetros vistos anteriormente.
v = l / T = l · f
Ejercicios
1) Una emisoara de frecuencia modulada emite en una longitud de onda de 3m. Sabiendo que la velocidad de propagación de la luz es de 300000 km / s, determine el periodo y la frecuencia de las ondas
TIPOS DE ONDAS
Hay muchas clasificaciones de ondas. Nosotros estudiaremos una clasificación que toma como criterio la dirección de propagación frente a la dirección de oscilación de las partículas. Así distinguiremos entre:
1) Ondas transversales: En estas ondas, la dirección de oscilación de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Un ejemplo sería el caso de estar agitando una cuerda, las partículas de la misma se mueven de arriba hacia abajo, mientras que vemos como la onda se desplaza a lolargo de la longitud de la cuerda en un movimiento perpendicular al anteriormetne descrito.
2) Ondas longitudinales: Son aquellas en las que la dirección de oscilación de las partículas es la misma que la dirección de propagación de la onda. Sería el caso de la onda producida en la superficie de un líquido cuando lanzamos una piedra.
PROPIEDADES GENERALES DE LAS ONDAS
Veremos como propiedades generales:
1) La reflexión: Es la propiedad de cambiar de dirección que tiene las ondas cuando al propagarse se encuentran un obstáculo. Un ejemplo de esto es el eco, que no siempre lo aprecia nuestro oido ya que tiene que haber una diferencia de tiempo de 0.1 s entre la onda que emitimos y la que recibimos. Tenga en cuenta que el sonido viaja a una velocidad de 340 m/s. Se puede observar en otro ejemplo, cuando a un estanque tiramos una piedra, veremos como las ondas, al legar al borde del estanque se reflejan.
2) La refracción: cuando una onda atraviesa dos medios diferentes, viajará a distinta velocidad en cada uno de ellos. Sería el caso de una onda que viaja por el aire, y que luego se sumerge en el agua. Con esto nos estamos refiriendo, por ejemplo a la luz en el agua, que por ejemplo, nos hace ver doblado un lápiz que sumerjamos parcialmente en un vaso de agua.
3) Interferencia: Cuando en un medio se propagan dos ó más ondas, en cada uno de los puntos se acumulan los efectos de cada una de ellas. Esto puede dar lugar a regiones de más luz o de oscuridad, pero explicar este fenómeno se sale de los límites de este curso.
4) La difracción: Es la propiedad que tienen las ondas de bordear los obstáculos. Esto se nota por ejemplo en que el sonido bordea los obstáculos. También se nota en la luz, como los bordes de las sombras son poco nítidos, o como se abre un haz de luz que pasa a través de un agujero.
5) Absorción: Hemos dicho que en una onda se produce un transporte de energía. A medida que la onda se propaga, se producen pérdidas de energía debidas al rozamiento. Esto hace que la onda se debilite en su propagación. Desde Jaén, no podré hablar a voces con alguien de Córdoba.
6) Atenuación: A medida que la onda se propaga, afecta cada vez más a más partículas. Suponiendo que no haya rozamiento, y que por lo tanto, no se puerda energía, veremos que la onda afecta cada vez a más partículas. Al afectar cada vez a más partículas, la misma cantidad de energía que va viajando se tiene que ir repartiendo entre más y más particulas, luego tendrán menos energía a medida que la onda se vaya propagando, luego los efectos de la onda se van atenuando.
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EJERCICIOS.
1) Las notas de la escala musical corresponden a ondas sonoras de frecuencias diferentes. Así por ejemplo, la nota la corresponde a una onda de 440 Hz, ¿cuál es la longitud de onda de la nota en el aire? 2) Las ondas que se producen en la superficie de un estanque al dejar de caer una piedra, ¿que son longitudinales o transversales? 3) ¿En que fenómeno ondulatorio se basa la transmisión de señales utilizando un espejo? 4) En el centro de un estanque circular de 2m de diámetro se deja caer una piedra. Observamos que la perturbación tarda en llegar a la orilla 1.2 s. En ese momento hay 8 crestas de ola en el estanque. Determinar: (4.1) La velocidad de propagación de las ondas producidas. (4.2) La longitud de onda, periodo y frecuencia de las mismas. 5) ¿Por qué al hablar en una habitación nos oyen en la otra, aunque no nos vean? 6) El oido humano es capaz de percibir ondas sonoras cuya frecuencia esté comprendida entre 20 y 20000 Hz. Determine el periodo y la longitud de onda que corresponde a cada frecuencia. |