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• IngCip Alexander Castillo

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1. Calcular la longitud de onda que emite una emisora de radio si su frecuencia de emisión es 0,50 MHz. Sol. 600 m 2. Un pescador observa que el corcho de la caña realiza 40 oscilaciones por minuto, debidas a unas olas cuyas crestas están separadas 60 cm. ¿Con qué velocidad se propaga la onda? Sol. 0,4 m/s 3. Escribe la ecuación de una onda armónica que se propaga en sentido positivo del eje X con una velocidad d 10 m/s, amplitud de 20 cm y frecuencia de 100 Hz Sol. y = 0,2 cos 2 (100t-10x) 4. En la siguiente onda: Y = 0,2 cos (20t – 10x) (Sistema internacional) Calcular: a) Longitud de onda b) Velocidad de propagación Sol.  = /5 m y v = 2 m/s 5. La ecuación de una onda sonora plana es: y = 6 10-6 cos (1900 t + 5,72 x) (Sistema internacional) Calcula la frecuencia, la longitud de onda y la velocidad de propagación. Sol. f = 302,5 Hz ;  =  m y v = 332 m/s 6. Representa gráficamente el siguiente movimiento ondulatorio en el instante t = 2 s. Y = 2 cos 2(0,2t – 0,5x ) De forma que se visualicen dos ciclos completos. Consejos. Calcula primero la longitud de onda, tienes que representar los valores de y frente a x, hasta un valor de x igual al doble de la longitud de onda. Construye una tabla de valores del tipo x 0 0,1  0,2 

y

Pero obteniendo al menos 11 valores durante el primer ciclo, ten en cuenta que el segundo ciclo será exactamente igual que el primero.

La longitud de una onda es la distancia entre dos crestas consecutivas, en otras palabras describe lo larga que es la onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación electromagnética tienen longitudes de onda. La longitud de onda de las ondas de sonido, en el intervalo que los seres humanos pueden escuchar, oscila entre menos de 2 cm (una pulgada) y aproximadamente 17 metros (56 pies). Las ondas de radiación electromagnética que forman la luz visible tienen longitudes de onda entre 400 nanómetros (luz violeta) y 700 nanómetros (luz roja). En el Sistema Internacional, la unidad de medida de la longitud de onda es el metro, como la de cualquier otra distancia. Dados los órdenes de magnitud de las longitudes de ondas más comunes, por comodidad se suele recurrir a submúltiplos como el milímetro (mm), el micrómetro (μm) y el nanómetro (nm).

Ondas Electromagnéticas - Teorías de Planck y Bohr 

Unidad 2: Estructura electrónica de los átomos y tabla periódica de los elementos

Para poder comprender la teoría cuántica de Plank, debemos revisar algunos conceptos sobre ondas. Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Todas las ondas, menos las ondas electromagnéticas, requieren de un medio físico para propagarse. Éste medio físico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda. Una onda transporta energía y cantidad de movimiento, pero no transporta materia. Esto quiere decir que las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación. En función del medio físico que requieren las ondas para su propagación, éstas se clasifican en mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas requieren un medio físico para propagarse. Las electromagnéticas no requieren de un medio físico, se pueden propagar en el vacío. Ejercicio 2.1 Realicemos dos experimentos: Primer experimento: Si golpeamos con una piedra un tubo metálico, oímos el ruido (sonido) que se emite, éste es una perturbación que se ha propagado en el aire. Segundo experimento: Si golpeamos el mismo tubo metálico con una piedra, pero ahora pegamos nuestra oreja al tubo, oímos el sonido, éste también será una perturbación, pero que se transmite a traves del metal.

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¿Será de la misma intensidad el sonido en ambos experimentos? ¿Qué puedes conluir sobre el medio de propagación de una onda? ¿El sonido será una onda mecánica o una onda electromagnética?

Propiedades de las ondas Las ondas se caracterizan por su longitud de onda, frecuencia y amplitud.

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La longitud de onda (λ, lambda), es la distancia entre dos crestas sucesivas de la onda, se mide en unidades de longitud. La frecuencia (ʋ, nu) es el número de ondas que pasan por un punto en un segundo, sus unidades sonsegundo-1. La amplitud es la distancia vertical de la línea media a la cresta de la onda o al valle.

Actividad Interactiva 2.1 Ingresa al siguiente enlace: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/ longOnda_Frec/plotsin.html

Trabaja la secuencia interactiva, que se muestra en la página web desplegada. Analiza haciendo uso del ejercicio interactivo, cómo varía la longitud de onda con la variación de la frecuencia. Determina si la variación existente entre la longitud de onda y la frecuencia es directa o inversamente proporcional. Deben tener en cuenta que:

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Una onda electromagnética consiste en la vibración simultánea de dos campos de ondas, eléctrico y magnético, que se propagan en el espacio. La luz es una onda electromagnética y en el vacío se propaga a una velocidad constante, c, conocida como la velocidad de la luz, con un valor de 3,0 x 108 m/s En toda onda de luz se cumple que, que la velocidad de la luz es igual al producto entre la longitud de onda λ (expresado en m) por la frecuencia ʋ (expresada en s1 ), por tanto velocidad de la luz, c (se expresa en ms-1).

c = λʋ Ejercicio 2.2

1.

a. b.

Se tienen dos ondas electromagnéticas, X001 y X002; si se conoce que la frecuencia de X001 es mayor que la frecuencias de X002: ¿cuál de las dos ondas, tendrá mayor longitud de onda? Si la longitud de onda de X001 aumenta, cómo

c. 2.

varía la frecuencia de la misma onda? Si la longitud de onda de X002 es de 350 nm, cuál será el valor de la frecuencia? Ten cuidado con las unidades. Una onda electromagnética presenta una frecuencia de 2 x 1015 Hz, determina el valor de la longitud de onda, expresa tu respuesta en metros y en nm. NOTA:

1 m = 109 nm

1 Hz = 1 s-1

ONDAS LUMINOSAS La luz es un fenómeno ondulatorio. Se propaga de un lado a otro pero lo que viaja no es materia sino una perturbación del medio. Una de las características fascinante de la luz es que puede propagarse en el vacío. (Si así no fuera cómo haría para llegarnos la luz del sol, o de las estrellas...). De modo que la perturbación oscilatoria del medio es una perturbación de tipo inmaterial. Efectivamente, lo que cambia en el medio mientras la luz se propaga son pequeños campos eléctricos y magnéticos. Por eso a la onda luminosa se la llama onda electromagnética. El fenómeno electromagnético es muy amplio. Y la luz es apenas una porción estrecha de ese fenómeno. Podemos pasar revista al fenómeno de las ondas electromagnéticas ordenándolas según la frecuencia ondulatoria, o la longitud de la onda. Este gráfico muestra las ondas electromagnéticas ordenadas desde la de menor longitud de onda (arriba) hasta la de mayor longitud de onda (abajo). La naturaleza del fenómeno es el mismo (sólo cambia la longitud de onda y la frecuencia) pero la apariencia del fenómeno se hace totalmente diferente, sin embargo es lo mismo. Si ordenásemos según la frecuencia obtendríamos el mismo gráfico, con las mayores frecuencias arriba y las menores abajo. Eso es lógico ya que el producto entre longitud de onda y frecuencia es constante para un mismo fenómeno, que es la velocidad de propagación: v=λ.f Y en este caso se trata de la velocidad de la luz, c, cuyo valor (aproximado) es: c= 300.000.000 m/s

El gráfico muestra una escalalogarítmica: la onda de mayor longitud es mil trillones de veces más grande que la más pequeña

Según todos los experimentos hechos hasta la fecha, la velocidad de la luz es un máximo insuperable en nuestro universo. Ese dato inexplicable y sorprendente- fue incorporado a la Teoría de la Relatividad Especial (1905) como un principio universal, y se ha verificado innumerables veces directa e indirectamente. Nada viaja más rápido que la luz (o cualquier otra onda electromagnética) en el vacío. El gráfico también muestra un ordenamiento por la energía que transportan las ondas electromagnéticas, ya que la energía de la onda viene dada por: E=h.f (h es la constante de Planck, h = 6,626 x 10-34 J s). El primero en darse cuenta de que la luz era un fenómeno ondulatorio fue el físico neerlandés Christiaan Huygens (1629 1695) ya que logró con pequeños haces luminosos efectos que sólo podían hacer las ondas, como la interferencia, la difracción, etc. Isaac Newton, en cambio, pregonaba la teoría corpuscular de la luz y algunos experimentos como la dispersión con un prisma parecían darle la razón. Recién con el advenimiento de la Relatividad y la Cuántica se conciliaron ambas teorías en lo que hoy se conoce como la naturaleza dual (onda-partícula) de la luz. Indice de refracción, velocidad de la luz en diferentes medios Se llama índice de refracción, n, (por motivos que veremos más adelante) al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad en otro medio cualquiera por el que vieje la luz, v. n=c/v

medio aire

1,0003

se trata de una propiedad característica de cada medio. Acá tenés una tabla con los medios más utilizados. Dado el indice de refracción de una sustancia puede conocerse el valor de la velocidad de la luz en ella.

agua (a 20 °C)

1,3333

CHISMES IMPORTANTES

vidrio (varios tipos)

n

1,4 a 1,7

diamante

2,412

silicona

1,6

fibra óptica (varias)