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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Ambiental y de Recursos Naturales

INFORME DE LABORATORIO

ONDAS ESTACIONARIAS CURSO:

Física II

PROFESOR: De la Cruz Cruz, Miguel Ángel INTEGRANTES:  Serrano Córdoba, Miguel  Lozano Valencia, Joseph  Teccsi Prado, Bryan Alfredo 

Flores de la Cruz, Brayan

2018

INTRODUCCIÓN

Una onda mecánica es una perturbación que viaja por un material o una sustancia (esto es el medio de la onda) que produce que las partículas del medio sufran desplazamientos. Cuando estos desplazamientos son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda, decimos que se trata de una onda transversal. En cambio, si los movimientos de las partículas del medio son hacia adelante y hacia atrás en la misma línea en que viaja la onda, decimos que se trata de una onda longitudinal. Consideremos una cuerda de longitud L sujeta rígidamente en ambos extremos. Cuando se la perturba, en ella se produce una onda que se refleja una y otra vez en los extremos de la cuerda formando una onda estacionaria. La onda es el resultado de la superposición de dos movimientos ondulatorios armónicos de igual amplitud y frecuencia que se propagan en sentidos opuestos a través de un medio.

Pero la onda estacionaria no es

una onda viajera. Estas permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. En el presente laboratorio, con base en el concepto y características de este tipo de ondas, se llevó a cabo las actividades propuestas para encontrar las frecuencias para generar un determinado número de husos, se tomarán los respectivos datos y nos valdremos de las fórmulas matemáticas asociadas a la temática de ondas estacionarias para hallar velocidad de la onda, las distintas longitudes de onda y algo que tendrá prioridad será hallar la densidad lineal de masa de la cuerda que usaremos en el sistema.

FUNDAMENTO TEÓRICO

ONDAS Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda. El movimiento de cada partícula respecto a la posición de equilibrio en que estaba antes de

llegarle

la

perturbación es

un

movimiento

vibratorio

armónico

simple.

Una onda transporta energía y cantidad de movimiento pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

ONDAS LONGITUDINALES Un movimiento ondulatorio se denomina onda longitudinal cuando las partículas del medio sometidas a la oscilación vibran en la misma dirección en la que se propaga la onda. Esta forma de movimiento ondulatorio es característica de la propagación de las ondas de sonido en el aire, en los líquidos no viscosos y en los gases en general, por lo que también reciben el nombre de ondas sonoras.

ONDAS TRANSVERSALES En el tipo de movimiento ondulatorio denominado onda transversal, las partículas del medio vibran en dirección perpendicular a la de propagación de la onda. Un ejemplo de onda transversal es el movimiento que se produce al lanzar una piedra sobre el agua de un estanque en reposo. Las ondas transversales tienen lugar, sobre todo, en sólidos y líquidos viscosos, aunque en estos materiales también es posible la propagación de ondas longitudinales.

ONDAS ESTACIONARIAS Las ondas estacionarias son ondas producidas en un medio limitado, como, por ejemplo, una cuerda elástica no muy larga y fija en al menos uno de sus dos extremos. Para generar en dicha cuerda una onda estacionaria, se puede atar por un extremo a una pared y hacer vibrar al otro con una pequeña amplitud. Se obtienen pulsos transversales que viajan hasta la pared, donde se reflejan y vuelven. La cuerda es recorrida por dos ondas de sentido opuesto y se producen interferencias que, en principio, dan lugar a unas oscilaciones bastante desordenadas. Esta onda se llama estacionaria porque, a diferencia del resto de ondas, en las que se aprecia un avance de las crestas y los valles, no parece moverse. Si se fijan los dos extremos de la cuerda y se estira transversalmente de uno, dos, tres puntos se pueden generar en la cuerda una secuencia de ondas estacionarias con un número creciente de nodos y vientres, como las indicadas en la figura adjunta. Una propiedad destacada de estas ondas estacionarias es que su longitud de onda (y, consecuentemente, su frecuencia) no puede adoptar cualquier valor arbitrario, sino sólo unos determinados valores que se relacionan con la longitud de la cuerda.

Hay puntos que nunca se mueven y en los que la amplitud del movimiento es cero (0).Éstos se llaman nodos. Sus opuestos son los antinodos, cuya amplitud es máxima. Entre nodo y nodo hay media longitud de onda. La longitud de onda es la distancia de un punto de la onda a otro cuando ya ha pasado un período, como la distancia entre cresta y cresta o valle y valle. El patrón de onda viaja con rapidez constante 𝑣, y avanza una longitud de onda cuando pasa un período T, por lo tanto, la rapidez de la onda está dada 𝜆

por: 𝑣 = 𝑇 = 𝜆. 𝑓 … (1)

Además

se

y

tiene

que:

𝜆

𝑛 2 = 𝐿 … (2), donde

es

el

largo

de

la

cuerda

son los armónicos.

Siendo

la frecuencia de la vibración. Por otra parte, la velocidad de propagación de una 𝑇

onda transversal en una cuerda, está dada por: 𝑣 = √𝜇 … (3), donde cuerda y

es la tensión de la

su densidad lineal.

De las expresiones (1), (2) y (3) se puede deducir que:

𝑓𝑛 =

𝑛𝑣 𝑛 𝑇 √ = 2𝐿 2𝐿 𝜇

Esta expresión da todas las frecuencias naturales de oscilación de la cuerda, o dicho de otra forma, las frecuencias correspondientes a los distintos modos de vibración de la cuerda.

ACTIVIDADES Generación de Números de Armónicos y Cálculo de la Densidad Lineal Materiales: a. Vibrador mecánico b. Pabilo c. Pesas (200g) d. Polea e. Software Data Studio f. Tijeras g. Cables Procedimiento: Generación de número de armónicos: 1. 2. 3. 4.

Encendemos el sistema mecánico de la PC, conectando la interface. Ingresar al programa Data Studio, opción “crear experimento”. Conectar vibrador mecánico a la interface con ayuda de cables de doble cabeza. Ubicamos el vibrador mecánico a un extremo de la mesa, y una polea ala otro extremo.

5. Con ayuda de tijeras contamos un trozo extenso de pabilo. Un extremo de este lo atamos al gancho del vibrador y el otro extremo a una pesas, tal que el total de la masa sea de 200g. 6. Nuevamente en el Data Studio. Buscamos la opción “amplificador de potencia”. 7. Abierta la ventana “generador de señal”, calculamos las frecuencia para generar armónicos. a. Para ello se colocó una frecuencia inicial arbitraria, la cual fuimos modificando lentamente hasta que la amplitud observable sea máxima. b. Para generar más armónicos, digitábamos una frecuencia que sea producto de la frecuencia inicial obtenida con el número de armónicos que se quiere generar. Esta nueva frecuencia tendrá que ser modificada hasta conseguir las amplitudes máximas.

Tabla1: Frecuencias obtenidas en laboratorio: Número de mediciones Número de Armónicos Frecuencia (Hz)

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

16.2

32.7

48.1

64.2

80.2

c. Abrimos nuevamente el Data Studio y esta vez seleccionamos la opción introducir datos. d. En la tabla introducimos los datos de la tabla1. e. Le damos ajuste lineal a la gráfica resultante y registramos su pendiente. Calculo de la densidad lineal de la cuerda 1. Con ayuda de los instrumentos de medida balanza y regla) medimos la longitud y masa de la cuerda para encontrar la densidad lineal teórica. 2. Con ayuda de los cálculos matemáticos, igualando la pendiente de la ecuación con la obtenida en la gráfica, se calculó la densidad lineal experimental.(esta parte se comprenderá mejor en la sección “cálculos”) Tabla 2: Cálculo de la densidad lineal de la cuerda Análisis Densidad Lineal (kg/m)

Error

Valor Experimental

Valor Teórico

6.35 x 10-4

6.61 x 10-4

Absoluto

Porcentual

0.26 x 10-4

3.93%

Tabla 3: Datos adicionales Tensión de la cuerda (N) Longitud que oscila de la cuerda (m) Pendiente de la gráfica (m0)

1.956 1.74 15.95

Cálculos: a. Tensión de la cuerda: como esta en reposo usamos la ley del equilibrio. 𝑛

∑ 𝐹̅𝑖 = 0 → −𝐹̅𝑔 𝑗 + 𝑇̅𝑗 = 0 𝑖=1

Luego:

-𝑚𝑔 + 𝑇 = 0 …. (1)

Donde: m= masa total de las pesas, en (kg) g= aceleración de la gravedad, tomamos 9.82 m/s2 Remplazando en (1): −(0.2)(9.82) + 𝑇 = 0 →

𝑇 = 1.964 𝑁

b. Calculo de la densidad lineal experimental Sabemos:

….. (1)

𝑣 = 𝜆 ∙𝑓

y 𝜆=

2 ∙𝐿 𝑛

…. (2)

Donde:  v: velocidad de la onda  λ : longitud de la onda  f: frecuencia de la onda  L: longitud de la cuerda que oscila  n: número de armónicos 𝑣=

Reemplazando (2) en (1):

2∙𝐿 𝑛

× 𝑓 …….. (3)

𝑇

Sabemos también: 𝑣 = √𝜇 …….. (4) 𝑇

Igualando (4) y (5), y despejando la frecuencia (f), tenemos: 𝑓 = √ 2 𝑛 4𝐿 𝜇𝑒𝑥𝑝 ……… (5) Donde: μexp: densidad lineal experimental. Saber también que la ecuación (5) es lineal de la forma y= m0x. 𝑇

Entonces: 𝑚0 = √ 2 4𝐿 𝜇𝑒𝑥𝑝

→ 𝜇𝑒𝑥𝑝 =

𝑇 4𝐿2 𝑚0 2

……… (6)

Con los datos de la tabla 3. Obtenemos: μexp = 6.35 x 10-4 kg/m

c. Calculo de la densidad lineal teórica:  Masa de la cuerda : M= 1.15 x 10-3 kg  Longitud de la cuerda: L =1.74 m 𝜇𝑡𝑒𝑜

𝑀 1.15 × 10−3 𝑘𝑔 = = = 6.61 × 10−4 𝐿 1.74 𝑚

d. Calculo del Error: Error absoluto: Eabs = μteo – μexp = 6.61 x 10-4 – 6.35 x 10-4 = 0.26 kg/m Error porcentual:

𝐸% = |

𝜇𝑡𝑒𝑜 − 𝜇𝑒𝑥𝑝 𝜇𝑡𝑒𝑜

| ∙ 100% = |

6.61×10−4 − 6.35 x 10−4 6.61×10−4

| ∙ 100% = 3.93%

CUESTIONARIO 1. ¿Qué tipo de onda se manifiesta en la vibración de la cuerda? -

En la vibración de una cuerda sometida a una tensión y atada a uno de sus extremos y colgando un peso del otro, por efecto de las perturbaciones esta cuerda vibra transversalmente, de forma que un punto de ella, de coordenada x se desplaza una cantidad y en la dirección perpendicular a la cuerda.

2. Para el concepto de ondas estacionarias, explique el concepto de vibración virtual. -

En una onda estacionaria cada partícula de la cuerda oscila con la misma frecuencia y fase que las demás, es decir, corresponde a un modo normal de vibración o armónico. Una partícula que en un instante forma parte de la cresta de la onda, oscila permanentemente con la mayor amplitud. Una partícula que está en reposo en un instante, permanece en reposo por el resto del tiempo (nodo). Por consiguiente los máximos de amplitud de vibración y los nodos (reposo), están ubicados siempre en los mismos lugares, para una dada frecuencia de vibración. Cada partícula vibra permanentemente con la misma amplitud, dependiente de su posición, mientras que la frecuencia y la fase son iguales para todas las partículas, por lo cual, toda la cuerda pasa por la posición de equilibrio simultáneamente.

3. ¿Qué entiende por polarización de ondas? Explique. -

Es un fenómeno que puede producirse en ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano denominado plano de polarización. Este plano está definido por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.

4. ¿Qué entiende por difracción de ondas? Explique. -

La difracción es un fenómeno por el cual una onda que atraviesa un obstáculo por una abertura u orificio pequeño se distorsiona y se propaga en todas direcciones detrás de dicho orificio. Tiene lugar cuando el tamaño del orificio es del mismo orden que la longitud de onda del movimiento ondulatorio.

5. ¿Cuál es la diferencia, si es que hay, entre la velocidad de la onda y la velocidad de una sección de la cuerda? Explique. -

En una cuerda sometida a una tensión se manifiestan ondas transversales, donde la velocidad de propagación de la "cresta" tiene la dirección del eje de la onda, en cambio la velocidad de vibración de una partícula de la cuerda (sección de cuerda) es perpendicular a la velocidad de propagación.

6. ¿podría usted establecer una onda longitudinal en un resorte extendido? Explique cómo lo lograría. - Se puedes hacer con un resorte puesto horizontal sobre una superficie. Se junta 3 o 4 espiras y las sueltas. Se observara una onda que se propaga longitudinalmente. La velocidad de esta onda depende de la tensión con que se mantenga estirado al resorte. Debido a que no pueden eliminarse las fuerzas de fricción, la onda se amortigua desde un extremo al otro del resorte. 7. considerando la naturaleza de una onda en el agua, describa el movimiento de una balsa de pesca en la superficie de un lago cuando bajo ella pasa una onda. ¿Es realmente correcto afirmar que la balsa se mueve “hacia arriba y hacia abajo”? - Sí; si observamos el comportamiento de un objeto flotante (como una boya o un barco parado) al paso de las olas en mar abierto, podremos ver que únicamente se mueve de arriba abajo, sin cambiar de posición. Sin embargo, cuando las olas se aproximan a la costa, este movimiento ondulatorio se

modifica de modo que las olas se vuelven cada vez más altas hasta alcanzar un punto en el que rompen. A partir de este momento ya hay transporte de masa y gracias a ello los surfistas pueden correr las olas con sus tablas. 8. ¿es posible que una cuerda vibre al mismo tiempo con varias frecuencias? - Según el largo de la cuerda, su peso y su tensión, la cuerda vibra a una frecuencia que se llama “fundamental” luego se le suman las llamadas “armónicas”, generalmente de orden impar ya que al inicia y al final coincide con el fundamental lo que les permite sonar por un tiempo, estas serían 3° armónicas (tres veces su frecuencia) y la 5° armónica, 5 veces su frecuencia. Las armónicas pares, al no coincidir con la fundamental, desaparecen (se anulan entre sí) casi instantánea, junto con la vibración producida por el rasguito o la percusión (el contacto de la cuerda con el elemento que lo origino el movimiento) y queda además de la fundamental y sus armónicas, la resonancia de la caja de guitarra o piano que añade además una frecuencia retardada a la original, sumándose y formando lo que se llama timbre de sonido característico de cada instrumento. 9. si se deja caer una piedra a un estanque grande de agua, y las ondas se difunden por la superficie plana del agua ¿Qué sucede con la energía de esas ondas cuando desaparecen? - Al caer la piedra producirá las ondas que se irán propagando por la superficie plana del agua, del centro hacia afuera una tras otra, lo que provocara que choquen con la cubeta, hasta llegar al momento en que tanto las ondas como la energía de ellas, desaparezcan. Esa energía se transformara cuando el líquido caiga o vuelve el agua a estar en reposo 10. Uno de los aparatos del “Libro de Records Guinness” es el derribamiento de fichas de dominó. Se trata de “parar” una cantidad increíble de fichas de dominó y luego derribarlas una tras otras ¿la perturbación que se propaga a lo largo de la línea de las fichas es transversal, longitudinal o una combinación de ambas?

- En este caso hablaremos de una ola que se puede definir como una perturbación de viaje. Transporta energía de un punto a otro, sin requerir que la materia viaje entre los puntos. En el caso de los dominós que caen, el movimiento del dominó fue en la dirección paralela al movimiento de la ola, es decir, longitudinal. 11. ¿es posible tener ondas transversales en un líquido? - No, las ondas mecánicas transversales solo se propagan en los sólidos y en las superficies de separación entre líquidos o entre gas y líquido pero nunca en el interior de los gases o de los líquidos. En cambio, las ondas longitudinales pueden hacerlo en cualquier medio En el interior de los fluidos las fuerzas intermoleculares son muy pequeñas de manera que al moverse las moléculas paralelas una a otras no son arrastradas. Sí pueden empujarse (onda longitudinal). En la superficie de separación de fluidos distintos aparece la tensión superficial y es aquí donde únicamente son permitidas las ondas transversales en fluidos. 12. Al echar una piedra en un estanque se forman ondas circulares y la luz del sol las crestas aparecen brillantes y los valles oscuros .Explique por qué es debido eso - Si pudiéramos observar cómo rompe una ola a cámara lenta, veríamos cómo ésta captura aire arrastrándolo a su interior sin llegar a disolverlo. Las burbujas, al tener menor densidad que el agua, suben hasta la superficie, donde asoman en forma de una fina película de agua rellena de aire, que es muy efímera. Esa película, por ser fina y curva, refleja la luz sin apenas absorberla. En este sentido, actúa como un espejo. Conviene aclarar que el color que percibimos depende de cómo cada objeto refleja la luz. Concretamente, depende de las longitudes de onda que absorbe y de las que refleja 13. la velocidad de la “onda en agua poco profunda “disminuye al reducir la profundidad. El frente directo de semejante onda al acercarse a la orilla, que penetra en el agua en pendiente suave, se curva “tendiendo” a repetir la forma de la orilla ¿Por qué?

14. ¿por qué las olas gigantes avanzan más rápido que las olas de menor tamaño? - La velocidad de desplazamiento de las olas no depende de la velocidad del viento, o de la altura de las olas. La velocidad sólo depende de la longitud de onda de la ola (la distancia que hay entre cresta y valle), siempre y cuando exista suficiente profundidad como para que no se produzcan efectos de frenado. El movimiento vertical del agua debido al paso de la ola es prácticamente despreciable a profundidades cercanas a mitad de la longitud de onda. 15. si el océano fuera sustituido por glicerina ¿cambiara la velocidad de las olas producidas en él? - Si cambiara, ya que cuando el medio cambia, la velocidad cambia. La velocidad de estas ondas dependía de las propiedades del medio. Debemos tener en cuenta de que cuanto más grande sea el período (tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas seguidas) o mayor sea la longitud de onda, más grande será su velocidad de desplazamiento. En el mar con olas, una partícula de agua en la superficie, se mueve describiendo una trayectoria circular. ¡No solo se mueve de arriba a abajo! Al paso de una ola avanzamos y retrocedemos a la par que subimos y bajamos, lo que produce este movimiento circular. Es algo que podemos notar incluso nosotros mismos al estar flotando al paso de una ola. La partícula de agua de la superficie arrastra por viscosidad a la que está inmediatamente bajo ella y así sucesivamente, pero disminuyendo paulatinamente su movimiento circular debido al rozamiento. La viscosidad de la glicerina es mucho mayor que la del agua de mar y por ese caso su resistencia a las deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de tracción serán mucho mayor. 16.- ¿Qué tipos de ondas se generan del pulso arterial de los animales? - Se generan las ondas longitudinales, ya que son las únicas que se pueden propagar en cualquier medio. Si fueran ondas transversales se reventaría las venas.

17.- ¿Qué son las ondas de montañas? Cite ejemplos - Es un fenómeno atmosférico, en el que, como consecuencia del aire que incide sobre la ladera de la montaña, esta corriente de aire adopta un comportamiento ondulatorio, en forma de onda. Para ello el viento debe soplar con fuerza, de manera perpendicular y en un ambiente estable. Esta propagación de la onda puede llegar a mucha distancia de la montaña donde se origina.

18.- ¿Qué son los movimientos sísmicos? ¿La minería también es causante de ellas? Explique los temas de sólidos y elasticidad. - Un movimiento sísmico es un movimiento vibratorio producido por la pérdida de estabilidad de masas de corteza. Cuando el movimiento llega a la superficie

y

se

propaga

por

esta

la

llamamos

terremoto.

Los movimientos sísmicos son las vibraciones de la corteza terrestre, de corta duración, pero de intensidad variable. Los movimientos sísmicos se producen por dos causas principales: la actividad volcánica y el diastrofismo. . El terremoto más dañino en la historia de Australia a causa de actividad humana. El temblor de 5.6 grados de magnitud que golpeo Newcastle, en Nueva Gales del Sur, el 28 de Diciembre de 1989, dejó un saldo de 13 muertos y 160 heridos, y

costo

3.5

billones

de

dólares

en

daños.

El temblor fue ocasionado por cambios en las fuerzas tectónicas causados por 200 años de minería de carbón, según el estudio de Christian D. Klose del observatorio Terrestre Lamont-Doherty, de la universidad de Columbia, en Nueva

York.

El temblor no fue tan poderoso, pero generalmente no se considera Australia

como un lugar con actividad sísmica. Por esto los edificios de la ciudad no estaban diseñados para soportar un movimiento telúrico de esa magnitud, explico Klose. Además, agrego que el daño monetario causado por el terremoto excedió el valor total del carbón extraído de esa zona. Klose presento sus hallazgos en una junta de la Unión Americana de Geofísica en San Francisco, Kalifornia. 19.- Al producirse un terremoto. Explique la manifestación de las ondas generadas desde el hipocentro hasta el epicentro de nuestra superficie terrestre. - Un terremoto es la vibración de la tierra producida por una rápida liberación de energía. Lo más frecuente es que los terremotos se produzcan por el deslizamiento de la corteza terrestre a lo largo de una falla. La energía liberada irradia en todas las direcciones desde su origen, el foco (Foci:punto) o hipocentro, en formas de ondas. Estas ondas son análogas a las producidas cuando se lanza una piedra en un estanque tranquilo. Exactamente igual a como el impacto de la piedra induce el movimiento de ondas en el agua, un terremoto genera ondas sísmicas que irradian a través de la tierra. Aun cuando la energía de las ondas sísmicas se disipa rápidamente conforme se alejan del foco, instrumentos sensibles localizados por todo el mundo registran el acontecimiento. En los terremotos se originan ondas transversales y longitudinales. A las transversales se les denomina ondas S y a las longitudinales, ondas P. En la corteza terrestre solida se propagan tanto las ondas S como las P, ya que los átomos y las moléculas pueden vibrar, alrededor de sus posiciones relativamente fijas, en cualquier dirección. Del foco del seísmo hipocentro parten ondas transversales y longitudinales. En el punto de la superficie terrestre más próximo al foco epicentro se generan ondas superficiales transversales, que son las más devastadoras. La velocidad de propagación de los tres tipos de ondas es distinta. Hecho que se utiliza para localizar el foco del seísmo, pues los tres tipos de ondas no llegan de forma simultánea al sismógrafo.

20.- En una fábrica, cuando la maquinaria vibra durante su funcionamiento, ¿Qué tipos de ondas se transmiten en las instalaciones de la fábrica? ¿Qué se debe hacer para aminorar los efectos dañinos que producen esos tipos de ondas? - Se producen ondas sonoras en las fábricas ya sea por el mal funcionamiento de algún motor, maquina o mala instalación, ello hace que se produzcan ondas con diferentes frecuencias las cuales son dañinas para el personal, para aminorar los efectos dañinos se debe revisar qué es lo que produce esas ondas y repararlo. 21.- ¿Dónde se sufrirá mayor daño estructural de viviendas, las que se ubican encima de suelo rocoso o suelo arenoso? Indique los distritos de Lima donde es rocoso y arenoso. - Sufrirá mayor daño estructural de viviendas las ubicadas en suelos arenosos ya que este tipo de suelo provocaría la amplificación del movimiento, lo que multiplicaría las posibilidades de derrumbe de viviendas y, por ende, la causa de

víctimas.

Los distritos de Lima que poseen suelos arenosos son Villa el Salvador y San Juan de Miraflores, y los distritos que tienen suelos rocosos son Comas, Carabayllo y San Juan de Lurigancho. 22.- En un sismo a que se debe que en los lugares arenosos las bocas de las alcantarillas se elevan respecto al suelo. - Se debe a licuefacción, es decir, que los suelos están sujetos a la acción de una fuerza externa (sismos) pasan de un estado sólido a un estado líquido, o adquieren la consistencia de un líquido pesado.

23.- ¿Qué son las ondas tsunamis? ¿Qué poder destructivo tienen? - Son aquellas ondas largas ((ƛ = 100 Km) producidas por un tsunami. La fuerza destructiva del tsunami en áreas costeras, depende de la combinación de los siguientes factores: . Magnitud del fenómeno que lo induce. En el caso de ser un sismo submarino se debe considerar la magnitud y profundidad de su foco. . Influencia de la topografía submarina en la propagación del tsunami. . Distancia a la costa desde el punto donde ocurrió el fenómeno (epicentro). .Configuración de la línea de costa . Influencia de la orientación del eje de una bahía respecto al epicentro (características direccionales) . Presencia o ausencia de corales o rompeolas, y el estado de la marea al tiempo de la llegada del tsunami. . Influencia de la topografía en superficie, incluye pendientes y grado de rugosidad derivado de construcciones, árboles y otros obstáculos en tierra.

24.- ¿Qué es un sismómetro? Explique su funcionamiento básico. - Un sismógrafo es un instrumento usado para medir movimientos de la tierra y consiste de un sensor que detecta el movimiento de la tierra llamado sismómetro que está conectado a un sistema de registro. Un sismómetro sencillo, que es sensible a movimientos verticales del terreno puede ser visualizado como una pesa suspendida de un resorte que a su vez están suspendidos sobre una base que se mueve con los movimientos de la superficie de la tierra. El movimiento relativo entre la masa y la base, proporciona a medida del movimiento vertical de la tierra. Para añadir un sistema de registro se coloca un tambor que gira en la base y un marcador sujetado a la masa. El movimiento relativo entre la pesa y la base, puede ser registrado generando una serie de registros sísmicos, al cual conocemos como sismo- grama. 25.- Para las ondas sísmicas P y S ¿Qué tipo de ondas sísmicas son registrados por un sismómetro ubicado al otro lado de la tierra del epicentro? - Cuando ocurre un temblor, los sismógrafos que se encuentran cerca del epicentro son capaces de registrar las ondas S y P, pero del otro lado de la tierra solo pueden registrarse las ondas P. 26. ¿Los sedientos húmedos amplifican o disminuyen las ondas sísmicas? Explique su comportamiento. La modificación de la señal sísmica debida a la influencia de las condiciones geológicas y topográficas durante o después de un terremoto, se conoce como efecto local. Esta modificación consiste en la amplificación fuerte de la señal así como una mayor duración de la misma y la modificación de su contenido frecuencial. Dichos fenómenos puede ser causado por la topografía natural o por depósitos de suelos blandos en superficie. En este segundo caso, los mecanismos que contribuyen al efecto local son la amplificación geométrica y la amplificación dinámica. 

La amplificación geométrica corresponde a los efectos de amplificación

debidos al contraste de impedancias entre dos medios en contacto. El contraste de impedancias es mayor en materiales más jóvenes y menos consolidados (con alto peso en agua) y esto provoca mayor nivel de amplificación de la señal sísmica.

Asimismo, provoca el atrapamiento de las ondas sísmicas dentro de un nivel con baja impedancia y esto provoca la amplificación de las frecuencias características. La velocidad de las ondas sísmicas S en el suelo decrece, particularmente cuando el depósito sedimentario está situado sobre un sustrato rocoso duro y cristalino, aumentando así el contrate de impedancias. Como se ha comentado, los depósitos del suelo se comportan como filtros para la energía de alta frecuencia (o corto período) pero la amplificación de las bajas frecuencias puede causar daño potencial a estructuras que tienen frecuencias naturales bajas, como por ejemplo edificios altos y puentes. 

La amplificación dinámica también se conoce como efecto de resonancia.

El efecto de resonancia considera la diferencia entre la frecuencia de las ondas sísmicas y la frecuencia natural del depósito sedimentario. Así pues, los fenómenos que contribuyen a la amplificación de la señal sísmica están relacionados directamente con la velocidad de las ondas sísmicas de cizalla (secundarias, S) en el depósito. Cuando una onda elástica se propaga a través de un material, el flujo de energía transmitida, que está definido por 𝜌𝑣𝑠 𝑢2 donde ρ es la densidad del material Vs es la velocidad de la onda S y U la velocidad de la partícula. Este flujo de energía permanece constante y en consecuencia las amplitudes del movimiento del suelo en materiales con baja velocidad de propagación de las ondas sísmicas son mayores, dado que la velocidad de la partícula, u, y la velocidad de las ondas sísmicas S es inversamente proporcional. Como consecuencia, materiales como las arenas sueltas o las arcillas blandas amplifican el movimiento del suelo significativamente. 27. Las ondas internas en el océano, ¿qué provoca sobre la biomasa del fitoplancton? Explique - La existencia de ondas internas en el océano se debe a la característica natural del medio, su estratificación. Propiedad que posee debido a dos factores: balance hidrostático y radiación solar. También debe existir un agente perturbador, el cual es la actividad de las mareas. Siendo el agente restaurador la fuerza de gravedad. Como consecuencia de la acción combinada de estos factores y agentes se genera las ondas internas, las cuales tendrán periodos y amplitudes grandes por la poca diferencia de densidades entre los estratos del

fluido. Estas ondas transversales movilizan materia en sentido vertical, por ello los organismos marinos, como la biomasa del fitoplancton, se ven afectado, en el sentido de que variará su profundidad con respecto a la superficie y con ello las condiciones de su habitad (temperatura, presión, densidad, otras especies). También afecta su concentración de nutrientes y producción de clorofila, debido al fenómeno de aclimatación de los microorganismos, ya que si el periodo de la onda es menor al tiempo de aclimatación de los organismos vivos, entonces su productividad se ve reducida. 28. ¿Qué es la escala Richter?, ¿Por qué se utiliza una escala logarítmica? La escala sismológica de Richter, también conocida como escala de magnitud local (ML), es una escala logarítmica arbitraria que asigna un número para cuantificar la energía que libera un terremoto, denominada así en honor del sismólogo estadounidense Charles Francis Richter. La sismología mundial usa esta escala para determinar las fuerzas de sismos de una magnitud entre 2,0 y 6,9 y de 0 a 400 kilómetros de profundidad. Los sismos con magnitud superior a 6,9 se miden desde 1978 con la escala sismológica de magnitud de momento, por tratarse esta última de una escala que discrimina mejor en los valores extremos. El uso del logaritmo en la escala es para reflejar la energía que se desprende en un terremoto. El logaritmo incorporado a la escala hace que los valores asignados a cada nivel aumenten de forma exponencial y no de forma lineal. Richter tomó la idea del uso de logaritmos en la escala de magnitud estelar, usada en la astronomía para describir el brillo de las estrellas y de otros objetos celestes. 𝑀 = log10 (

𝐴 ∙ ∆𝑡 3 ) 1.62

A= amplitud de las ondas en milímetros, tomada directamente en el sismograma. ∆t = tiempo en segundos desde el inicio de las ondas P (Primarias) al de las ondas S (Secundarias). M = magnitud arbitraria pero constante a terremotos que liberan la misma cantidad de energía.

29. ¿Cómo se forma el banco de arena cerca del litoral?, analice el comportamiento de las olas que pasan sobre el banco de arena en verano y en invierno Explique. - Forma costera que se debe a la acción combinada de transporte de materiales por los grandes ríos y el mar originando depósitos que sustituyen a los contornos de la costa bajo la forma de un dique o series de diques que presentan un contorno medio entre los límites primitivos de la costa. El agua turbulenta creada por las olas rompientes se denomina arrastre. En el margen tierra adentro de la zona de rompiente, la lámina turbulenta del agua creada por los rompientes que asciende por la pendiente de la playa se denomina batida. Cuando la energía de la batida se ha disipado, el agua vuelve desde la playa hacia la zona de rompiente, en lo que se conoce como resaca. El que se produzca pérdida neta o adición de arena depende del nivel de actividad de las olas. Cuando la actividad de las olas es relativamente suave (olas menos activas), gran parte de la batida penetra en la playa, lo cual reduce la resaca. Por consiguiente la batida domina y provoca un movimiento neto de arena en el fondo de playa hacia la berma. Cuando predominan las olas muy activas, la playa está saturada por las olas anteriores y, por tanto, una parte mucho menor de la batida penetra. Como consecuencia, la berma se erosiona porque la resaca crece y provoca un movimiento neto de arena que desciende por el fondo de playa.

A lo largo de muchas playas, la actividad de las olas suaves es lo normal durante el verano. Por tanto, se desarrolla de manera gradual una amplia berma de arena. Durante el invierno, cuando las tormentas son frecuentes y más potentes, la fuerte actividad de las olas erosiona y reduce la berma. Una berma amplia, que puede haber tardado meses en formarse, puede reducirse en cuestión de horas por las olas muy activas creadas por una fuerte tormenta de invierno. 30. ¿El cordón litoral o banco de arena, ¿Qué le hace a os barcos de alta mar? Explique - Sabemos que un cordón de arena es un hecho g geográfico que se forma por sedimentación de las partículas transportadas por las corrientes marinas mar adentro. Durante su formación, en el periodo en que todavía están a un nivel inferior del agua, no son divisados por los navegantes, por lo que sus embarcaciones encallan o dañan las estructuras inferiores a causa de la fricción. Como los bancos de arena ingresan mar adentro, estos bordean una porción de agua alejando la costa, afectando el desplazamiento de las embarcaciones. 31. Durante el movimiento de un camión cisterna, ¿Qué tipo de onda se genera en el líquido que se transporta?, porqué dentro de la cisterna debe tener varias separaciones con aberturas? Explique - Las ondas que se generan en el líquido que trasporta u camión cisterna con de naturaleza transversal. Estas ondas se producen cuando el vehículo realiza una aceleración, por lo que el fluido por inercia tratará de mantener su curso, pero este cambio se convierte en la perturbación que origina la onda. El efecto de las ondas juntamente con el grado de movilidad del centro de gravedad del líquido depende de la forma del contenedor y del volumen de líquido. Si es de forma rectangular, la superficie libre del líquido es constante y máxima, aunque el volumen sea grande; por lo que el desplazamiento de la onda es mayor e indudablemente se formen olas en la superficie. Pero si la forma cilíndrica mientras esté más lleno menor es la superficie libre del líquido. Para evitar la formación de las olas y la gran movilidad del su centro

de gravedad se ubican difusores, estos son placas con un orificio central para interrumpir el desplazamiento del líquido en el interior y consigo haya un menor efecto de impacto del olas sobre las paredes, siendo el fin último un viaje seguro. 32. ¿Qué son las corrientes de resaca? Explique su formación así como los peligros que provocan a los bañistas. - Una corriente de resaca o corriente de retorno es una fuerte corriente superficial (o casi superficial) de agua, que retrocede desde la costa hacia el mar. Se genera principalmente por el rompimiento irregular de las olas a lo largo de la cresta, llegando bruscamente a la playa con un índice elevado de energía, desvaneciéndose luego sobre el fondo para, posteriormente, regresar hacia el mar por un canal a través de las olas.

33. La forma de una ola de mar representa como una onda senoidal, pero experimentalmente posee otra forma. ¿Qué forma es? Explique sus formas y tipos. - Las olas oceánicas son energía que se desplaza a lo largo de la interface entre el océano y la atmósfera, y a menudo transfieren energía de un temporal en alta mar a distancias de varios miles de kilómetros. La energía y el movimiento de la mayoría de las olas derivan del viento. Cuando una brisa es inferior a 3 kilómetros por hora, sólo aparecen pequeñas ondulaciones. Cuando el viento sopla a velocidades superiores, se van formando de manera gradual olas más estables, que avanzan con el viento.

La altura, la longitud y el período que una ola acaba por alcanzar dependen de tres factores: (1) la velocidad del viento; (2) el tiempo durante el cual el viento ha soplado, y (3) el fetch, o distancia que el viento ha recorrido a través de mar abierto. A medida que aumenta la cantidad de energía transferida desde el viento al agua, aumenta también la altura y la pendiente de las olas. Hasta que alcanza un punto crítico, en el cual las olas se hacen tan altas que se vuelcan, formando lo que se conoce como palomillas. La razón de que las olas no puedan crecer más es que pierden tanta energía mediante la formación de palomillas como la que están recibiendo del viento. La observación de un objeto que flote sobre las olas revela que no sólo se mueve arriba y abajo, sino que también tiene un ligero movimiento adelante y atrás con cada ola sucesiva. El movimiento orbital circular permite que la forma ondulada (a forma de la ola) avance a través del agua mientras que cada partícula de agua que transmite la ola se mueve en círculo. Sin embargo, debajo de la superficie, el movimiento circular disminuye rápidamente hasta que, a una profundidad igual a aproximadamente la mitad de la longitud de ola medida desde el nivel de aguas tranquilas, el movimiento de las partículas de agua resulta despreciable. Esa profundidad es conocida como base del oleaje.

34. En sismología, ¿Por qué se usa la razón del movimiento horizontal y vertical H/V y no la razón de movimiento vertical y horizontal? Explique - Ambas son técnicas de relación espectral de movimientos horizontal (ondas Love) y vertical o trepidatorios (ondas Reyleigh). La diferencia está que la primera relación nos permite identificar la frecuencia fundamental del suelo, y es usada con énfasis para suelo blandos, ya que en suelos duros se hace más

dificultoso la identificación de la frecuencia fundamental del sitio. Por otro lado, la segunda relación es muy sensible al periodo espectral, la distancia de la falla, mecanismo de falla y profundidad de los sedimentos, por ello se le han asignado valores que aún deben ser revaluados. 35. Cuando dos ondas sísmicas llegan simultáneamente a un suelo firme (rocoso) y a otro suelo blando. ¿En cuál de ellas el valor de pico de amplitud es mayor?, ¿en cuál de ellas el pico de amplitud posee periodos cortos en comparación con el otro? Explique - Los valores pico de la amplitud fueron registrados en suelo blando, eso quiere decir que el desplazamiento de las partículas es inverazmente proporcional a la dureza del suelo. La amplitud posee periodos cortos en no puede ser clara ya que la técnica usada no es factible para cálculos en suelos duros ya que la desviación estándar es grande por la variabilidad de los picos en las pruebas experimentales.

BIBLIOGRAFÍA/WEBGRAFÍA

 Serway-Jewitt - T1 Capítulo 18: Superposición y ondas estacionarias.  http://fisica.uc.cl/images/Ondas_en_una_cuerda_v2.pdf  http://www.astro.ugto.mx/~papaqui/ondasyfluidos/Tema_1.12Ondas_Estacionarias_en_una_Cuerda.pdf  https://www.yumpu.com/es/document/view/37087617/ondas-estacionarias-pdfloreto-unican-universidad-de-cantabria  http://www.fisica.edu.uy/~cris/teaching/ondas_parte1_2012.pdf