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ONDAS MECANICAS

Introducción Una onda resulta de la perturbación de un medio y se propaga de una región a otra, transportando energía y cantidad de movimiento. Sin transporte de materia. Ejemplos de ondas:  Olas del mar  Ondas sonoras  Ondas generadas por terremotos

Introducción Ondas mecánicas: necesitan un medio donde propagarse.

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La oscilación de cada partícula afecta a sus vecinas. La energía suministrada se propaga a las partículas del medio.

CLASIFICACIÓN DE ONDAS Según el tipo de energía que se propaga se clasifican en: Ondas

mecánicas o elásticas: transportan energía mecánica y necesitan un medio material para propagarse. Por ejemplo las ondas en una cuerda, las ondas en la superficie del agua, las ondas sonoras, las ondas sísmicas. Son debidas a la vibración del medio en que se propagan.

Transversales Longitudinales

Ondas

electromagnéticas : no necesitan medio material para propagarse, se pueden propagar en el vacío, transportan energía electromagnética (campos eléctricos y magnéticos variables perpendiculares entre si). Por ej: la luz Según sea la propagación de la energía se clasifican en: Unidimensionales: (línea), por ej: una cuerda o un muelle vibrando. Bidimensionales (plano) por ej: agua oscilando en la superficie de un Tridimensionales en todo el espacio por ej: el sonido o la luz.

estanque.

Según la forma del frente de ondas se clasifican en: Planas: Si es plano como las ondas que se producen al sacudir Circulares: como las ondas en la superficie de un estanque. Esféricas: si el frente es esférico como la luz o el sonido.

un mantel. 4

MOVIMIENTO MOVIMIENTO ONDULATORIO ONDULATORIO Ondas mecánicas longitudinales

Al desplazar un resorte en sentido longitudinal y soltarlo, se produce una oscilación que se propaga a todas las partes del resorte comenzando a oscilar

transversales

Si en una cuerda tensa horizontal, se hace vibrar uno de sus extremos, la altura de ese punto varía periódicamente en sentido transversal

 El movimiento ondulatorio no transporta materia, lo que se propaga es la perturbación de alguna magnitud física a través del espacio. 

Las partículas del medio alcanzadas por ésta, vibran alrededor de su posición de equilibrio En un movimiento ondulatorio no hay transporte de materia, pero sí hay transporte de energía y de cantidad de movimiento lineal

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Ondas longitudinales La vibración de la onda es paralela a la dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del medio. De este tipo son las ondas sonoras.

Ondas transversales La vibración de la àrticula es perpendicular a la dirección de propagación.

LONGITUDINALES  La

dirección de propagación coincide con la dirección de la perturbación

El sonido, las ondas sísmicas P y las que se propagan en un muelle, son ondas longitudinales

TRANSVERSALES



La dirección de propagación es perpendicular a la dirección en que tiene lugar la perturbación

Las ondas en una cuerda, las ondas electromagnéticas y las ondas sísmicas S, son ondas transversales 8

ONDA ARMÓNICA – FUNCIÓN DE ONDA  A 

La longitud de onda () es el intervalo de longitud entre dos puntos sucesivos que se encuentran en idéntico estado de perturbación  Características

de una onda :

amplitud (A) : período (T) : longitud de onda () frecuencia (f) que es la inversa del período velocidad de propagación (v)

v

 f T 9

ONDA ARMÓNICA – FUNCIÓN DE ONDA 

Su forma se corresponde con una función armónica (seno o coseno)

vientre

y A

nodo 







Los puntos que en un instante tiene elongación máxima (amplitud y=A ) se denominan vientres

o

x

-A

Aquellos que tienen elongación nula se denominan nodos

La función de onda es la ecuación que describe un movimiento ondulatorio 10

La ecuación de ondas es:

  y ( x, t )  A sen 2 



t





T



x





    

– viaja hacia la derecha + viaja hacia la izquierda

Donde : = ángulo de desfasaje

2  T  t x 2     T 

frecuencia angular fase de la onda

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Ejemplo: ¿Qué sucede si nos paramos en un punto alcanzado por una onda transversal?

Ver animación

Rapidez de la onda Depende de la naturaleza del medio y de la frecuencia de la fuente Para sólidos Ondas longitudinales

v 

Y



Donde Y es el módulo de elasticidad y δ es la densidad. Ver animación

Para líquidos y gases

v 





Donde B es el módulo de compresión y δ es la densidad.

Rapidez de una onda en una cuerda

v

T 

T: tensión de la cuerda [N] µ: densidad lineal de la cuerda [kg/m] Ver animación

Propiedades de las ondas

Superposición Reflexión Refracción Difracción

e interferencia

Propiedades de las Ondas o do d i ta n c o a r S if D

Sonido Transmitido

Emisor

ido do n So leja f Re

Receptor

DIFRACCIÓN DIFRACCIÓN Un observador percibe la luz de un foco aunque no pueda verlo directamente, y oye los sonidos de un altavoz aunque se encuentre detrás de un obstáculo

Este fenómeno se denomina difracción

La difracción de ondas se produce cuando la onda se encuentra con un obstáculo cuyo tamaño es del mismo orden de magnitud que su longitud de onda. El obstáculo puede ser una rendija, un borde recto, un disco, una abertura, etc; La difracción de la luz no es apreciable a simple vista porque los obstáculos deben ser muy pequeños (del orden de la longitud de 17 onda de la luz: 400-700 nm)

REFRACCIÓN REFRACCIÓN DE DE ONDAS ONDAS 

La refracción de ondas consiste en el cambio de dirección de propagación al pasar la onda de un medio a otro diferente.



Si el medio no permite la transmisión de una onda a través de él, se dice que es un medio opaco para ese movimiento ondulatorio

Medio 1

Medio 1

Medio 2

Medio 2

Refracción de un frente de ondas plano

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REFLEXIÓN REFLEXIÓN DE DE ONDAS ONDAS



 

Incidente

inc



=

refl

reflexión

La reflexión de ondas es el cambio de la dirección de propagación al incidir la onda en el límite de separación de dos medios diferentes; después de la reflexión, la onda continua su propagación en el mismo medio

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Reflexión y Refracción  Cuando

una onda choca con una frontera una parte de su energía se refleja y otra se transmite o refracta.

Ver animación

Superposición Cuando dos o mas ondas se encuentran en una misma región se atraviesan mutuamente (interfieren entre sí) y luego siguen propagándose como lo hacían inicialmente.

Interferencia constructiva

DOS ONDAS QUE ESTÁN EN FASE PRODUCEN UNA INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA ESTAR EN FASE  TENGAN UNA DIFERENCIA DE X=  O UN DESFASE ENTRE ELLAS DE UN MÚLTIPLO DE 2

Interferencia destructiva 1 0,5 0 -0,5 -1

DOS ONDAS QUE ESTÁN EN OPOSICIÓN PRODUCEN UNA INTERFERENCIA DESTRUCTIVA ESTAR EN OPOSICIÓN  TENGAN UNA DIFERENCIA DE X=  /2 O UN DESFASE ENTRE ELLAS DE UN MÚLTIPLO IMPAR DE 

Interferencia con un desfasaje de  /2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5

ONDA ESTACIONARIA ES UNA INTERFERENCIA DE DOS ONDAS DE IGUAL AMPLITUD Y FRECUENCIA, QUE SE PROPAGAN POR EL MISMO MEDIO FINITO CON SENTIDOS OPUESTOS

Ver

 2 x  2 t y ( x, t )  y1  y 2  2 A sen  cos    T    

Interferencia

Ondas estacionarias  Cuando

una onda viaja por una cuerda con un extremo fijo.

La

cuerda ejerce una fuerza sobre la pared. Aparece

una reacción de la pared sobre la cuerda generando la reflexión y el pulso se invierte.



Onda viajando en una cuerda con un extremo fijo. Ver



Onda viajando en una cuerda con los dos extremos fijos. Ver

Ondas estacionarias

 Cuando

el extremo de la cuerda está libre la pulsación reflejada no se invierte.

RESONANCIA Dos sistemas se dice que entran en resonancia cuando vibran con la misma frecuencia. Para que haya resonancia hay que comunicarle al sistema energía con la misma frecuencia que está vibrando, de esta forma se logra un gran aumento de la amplitud de oscilación. Por resonancia se puede llegar a aumentar tanto la amplitud de oscilación de un sistema que este puede incluso llegar a romperse, como cuando por ejemplo un sonido determinado rompe una copa de cristal. animación

29

Resonancia Las

frecuencias con que se producen ondas estacionarias de gran amplitud son las FRECUENCIAS NATURALES FRECUENCIAS RESONANTES

BIBLIOGRAFIA

Fisica I - Instituto de Fisica

FBQF

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