• Author / Uploaded
• azucena

Citation preview

Longitud de onda.

Concepto:

Distancia que hay entre dos crestas consecutivas dentro de una onda.

La longitud de onda de la radiación puede ser desde muy pequeña, en el caso de la llamada radiación gamma, hasta muy grande en las ondas de radio. Se mide, pues, usando desde nanómetros y ángstroms hasta cientos de metros, donde un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro (1 m = 109 nms) y que un Ángstrom es la diez mil millonésima parte de un metro (1 m = 1010 A), por lo que un nanómetro equivale a 10 Ángstrom (1nm = 10 A). La luz que recibimos del Sol es radiación electromagnética que se desplaza a 300.000 kms/s, en su totalidad, pero la longitud de onda no es la misma en todos los fotones luminosos, sino que varía entre los 4000 A y los 7000 A, aproximadamente, o lo que es lo mismo, entre los 400 nm y los 700 nm. La luz blanca se descompone, en definitiva, en un espectro de diferentes bandas coloreadas, cada una definida por una longitud de onda distinta. Así, la luz de menor longitud de onda es la luz violeta, que es de alrededor de unos 4000 Ángstroms, y la luz de mayor longitud de onda es la luz roja, que es de alrededor de unos 7000 Ámgstroms. Las radiaciones de longitud de onda inferior al violeta se llaman radiación ultravioleta, Rayos X, y Rayos Gamma, por orden decreciente en la longitud de onda. Las radiaciones de longitud de onda superior al rojo son las denominadas infrarrojo, microondas y ondas de radio, por orden creciente en longitud de onda.

Ecuación de la longitud de onda. La letra griega "λ" (lambda) se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Una longitud de onda larga corresponde a una frecuencia baja, mientras que

una longitud de onda corta corresponde una frecuencia alta. La unidad de medida de la longitud de onda es el metro, como la de cualquier otra longitud. La longitud de onda puede ser desde muy pequeña, se mide usando desde un nanómetro (milmillonésima parte de un metro) y ángstroms (diez mil millonésima parte de un metro) hasta cientos de metros.

Frecuencia. En Física, se denomina frecuencia, a la cantidad de oscilaciones de un movimiento ondulatorio y vibratorio, calculado en una unidad temporal, llamándose hertz al suceso que ocurre una vez por segundo. Si en un segundo el evento se repite dos veces serán dos hertz, y así sucesivamente.

La frecuencia de ondas se obtiene de dividir la velocidad de la onda por su longitud. La frecuencia cardiaca es el número de veces que el corazón late en una unidad temporal. Pueden tomarse también las pulsaciones. En reposo, los latidos varían entre 50 y 100 latidos en el lapso de un minuto. Si es mayor se denomina taquicardia, y si es menor, bradicardia. Aumentan con la actividad física. En urología, micción frecuente significa una necesidad de orinar más habitual que lo normal. En acústica la captación del sonido a través del oído humano, se limita por la frecuencia de la vibración. Las frecuencias de sonidos audibles no es igual en todas las personas, pero oscila entre los 20 Hz y los 20.000 Hz ciclos por segundo La frecuencia relativa surge de dividir la frecuencia absoluta por el número de casos de un muestreo, siendo la frecuencia absoluta la cantidad de veces que

aparece la variable a analizar en la muestra. Por supuesto cuánto más amplia sea la muestra más se repetirá el hecho analizado, o sea, con mayor frecuencia. Al número de veces que se reitera el suceso en el total de la muestra se les llama efectivos. Esta acepción de frecuencia es muy utilizada en Estadística.

Periodo

Representación de un movimiento senoidal en el que el período de oscilación va aumentando. En física, el período de una oscilación u onda (T) es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la onda. El concepto aparece tanto en matemáticas como en física y otras áreas de conocimiento. Frecuencia La frecuencia mide la cantidad de vueltas que se dan en un período de tiempo (normalmente un segundo). Se calcula con la siguiente fórmula:

La unidad más utilizada es el hertz que equivale a una vuelta en un segundo.

Período El período mide el tiempo que se tarde en dar una vuelta completa y se mide en segundos. Es la inversa de la frecuencia.

T = Período [s] f = Frecuencia [Hz] De esta forma, la frecuencia se puede calcular como la inversa del período.

f = Frecuencia [Hz] T = Período [s]

Nodo Un nodo es un punto en una onda estacionaria donde la onda tiene una amplitud (física) mínima. Por ejemplo, en una cuerda vibrante como la de una guitarra, los extremos de la cuerda son nodos. Al cambiar la posición del nodo final pulsando un traste, el guitarrista cambia la longitud efectiva de la cuerda vibrante y por lo tanto la nota producida. El opuesto de un nodo es un anti-nodo, un punto donde la amplitud de la onda estacionaria es máxima. Estos puntos se sitúan a mitad de camino entre los nodos.

Una onda estacionaria se produce cuando dos trenes de ondas sinusoidales de la misma frecuencia se mueven en direcciones opuestas en el mismo espacio e interfieren entre sí.2 Se forman cuando las ondas se reflejan en un límite físico, como el sonido reflejado desde una pared o la radiación electromagnética reflejada desde el final de una línea de transmisión, y particularmente cuando las ondas están confinadas en un oscilador en resonancia, rebotando hacia adelante y hacia atrás entre dos límites, como en un tubo de órgano o una cuerda de un instrumento musical. En una onda estacionaria, los nodos son una serie de ubicaciones a intervalos igualmente espaciados donde la amplitud de la onda (y por lo tanto, su movimiento) es cero (véase la animación anterior). En estos puntos, las dos ondas se suman con fases opuestas y se anulan mutuamente. Se localizan a intervalos separados por la mitad de una longitud de onda (λ / 2). A mitad de camino entre cada par de nodos se presentan ubicaciones donde la amplitud es máxima. Estos puntos se llaman antinodos. En estos puntos, las dos ondas se suman con la misma fase y se refuerzan mutuamente. En los casos en que los dos trenes de onda opuestos no tienen la misma amplitud, no se cancelan a la perfección, por lo que la amplitud de la onda estacionaria en los nodos no es cero, sino simplemente un mínimo. Esto ocurre cuando el reflejo en el límite es imperfecto, lo que se indica mediante una razón de onda estacionaria finita, la relación entre la amplitud de la onda en el antinodo y la amplitud en el nodo. En la resonancia de una superficie bidimensional o membrana, como un parche de tambor o placa de metal vibrante, los nodos se convierten en líneas nodales,

líneas en la superficie donde la superficie está inmóvil, dividiendo la superficie en regiones separadas que vibran con la fase opuesta. Estos pueden hacerse visibles rociando arena en la superficie, y los intrincados patrones de líneas resultantes se llaman patrones de Ernst Chladni. En líneas de transmisión de corriente alterna, un nodo de voltaje es un antinodo de intensidad y un antinodo de voltaje es un nodo de intensidad. Los nodos son los puntos de desplazamiento cero, no los puntos donde se cruzan dos ondas constituyentes.

Patrón de la interferencia de dos ondas (de arriba a abajo). El punto representa el nodo.

Elongación. La elongación en mecánica es la distancia que, en un instante dado, separa a una partícula o cuerpo sometidos a oscilación de su posición de equilibrio. Por extensión, en un sistema físico se define la elongación asociada a una magnitud física característica del mismo como la diferencia de su valor en un instante dado y el correspondiente al estado de equilibrio del sistema. En física, la elongación se refiere comúnmente a los sistemas oscilantes, tanto materiales (ejemplo, masa sujeta a un muelle) como inmateriales (oscilaciones electromagnéticas). Así, en el caso de las oscilaciones de una masa sujeta a un muelle, la elongación se define como la separación de la masa (o el alargamiento/acortamiento del muelle) con respecto a suposición de equilibrio. En este ejemplo, la elongación se mide en unidades de longitud (metros, en el S.I.).

Amplitud de onda El concepto de amplitud de onda aparece en el terreno de la física y se vincula al valor más alto que registra una variable, midiéndose desde el punto medio o de equilibrio. En una señal electromagnética o en un movimiento ondulatorio, la amplitud de onda es la distancia que existe entre el valor máximo (el punto más alto de la onda) y el punto de equilibrio. La amplitud de onda puede apreciarse en un gráfico con una curva sinusoide en las coordenadas cartesianas. Si tomamos el eje X como punto medio, la amplitud de onda estará dada por el espacio que existe entre el punto más elevado en el eje Y que toca la sinusoide y el mencionado eje X. Una perturbación física, de esta manera, puede graficarse en un modelo como una magnitud cuyo valor cambia con el paso del tiempo. La amplitud de onda se advierte al analizar los valores de acuerdo a los puntos que ocupa la perturbación (graficada como una onda) en el espacio. En el caso de las ondas sonoras, la amplitud de onda revela la distancia que existe entre el pico de la onda (el valor más alto) y su base, midiéndose en decibeles. A medida que crece la amplitud de onda, aumentan los decibeles, lo que refleja un crecimiento de la intensidad (el volumen) del sonido. Hay otra serie importante de aspectos que hay que conocer acerca de la mencionada amplitud de onda. En concreto, podemos subrayar que las unidades

para medirla variarán en función del tipo de onda al que nos estemos refiriendo: -Cuando se trata de una onda de clase mecánica, se recurrirá al empleo de lo que son las unidades de longitud para medirla. -En el caso de que se esté trabajando con una onda de tipo electromagnético, lo que se hará para medir la amplitud será hacer utilización de una unidad que responde al nombre de candelas. -Si, por otro lado, nos estamos refiriendo a ondas de corriente alterna, se recurrirá a utilizar amperios y voltios en su medición. -Cuando estemos tratando con ondas sonoras, lo que se hará será optar por decantarse por lo que son unidades tales como el milibar, el pascal o el conjunto de unidades restantes.

Velocidad de propagación de una onda La velocidad de propagación de una onda depende del medio en el cual se propaga esta. En todo medio homogéneo e isótropo la velocidad de la onda es constante en todas direcciones.

En general, las expresiones para determinar la velocidad de propagación de una perturbación mecánica, depende si el medio es sólido, líquido o gas, pero todas tienen la siguiente forma:

Veamos algunos casos:

Velocidad de propagación en sólidos:

E: módulo de Young µ: módulo de rigidez ρ: densidad (kg/m3) Velocidad de propagación en líquidos:

Q: Módulo de compresibilidad

Ρ: densidad (kg/m3)

Velocidad de propagación en gases:

g: coeficiente de dilatación adiabática R: constante universal de los gases T: temperatura en kelvin M la masa molar del gas (Kg/mol) P: presión del gas en pascal (Pa) ρ: densidad (kg/m3)

Reflexión de las ondas Se denomina reflexión de una onda al cambio de dirección que experimenta ésta cuando choca contra una superficie lisa y pulimentada sin cambiar de medio de propagación. Si la reflexión se produce sobre una superficie rugosa, la onda se refleja en todas direcciones y se llama difusión. En la reflexión hay tres elementos: rayo incidente, línea normal o perpendicular a la superficie y rayo reflejado. Se llama ángulo de incidencia al que forma la normal con el rayo incidente y ángulo de reflexión al formado por la normal y el rayo reflejado. Las leyes de la reflexión dicen que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión y que el rayo incidente, reflejado y la normal están en el mismo plano.

Refracción de las ondas Se denomina refracción de una onda al cambio de dirección y de velocidad que experimenta ésta cuando pasa de un medio a otro medio en el que puede propagarse. Cada medio se caracteriza por su índice de refracción. En la refracción hay tres elementos: rayo incidente, línea normal o perpendicular a la superficie y rayo refractado. Se llama ángulo de incidencia al que forma la normal con el rayo incidente y ángulo de refracción al formado por la normal y el rayo refractado. Cuando la onda pasa de un medio a otro en el que la onda viaja más rápido, el rayo refractado se acerca a la normal, mientras que si pasa de un medio a otro en el que la onda viaja a menos velocidad el rayo se aleja de la normal.

Difracción de las ondas. Es un fenómeno característico de las ondas, este se basa en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. Ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio. Se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto, por tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse

indetectables a medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda. Sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser debe finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor. Es posible por lo tanto utilizar la difracción de rayos X como un método para explorar la naturaleza dela estructura cristalina. La difracción producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.