Vibraciones, Pulsos y Ondas

1. Vibraciones, Pulsos y Ondas

2. Aprendizajes esperados • Al completar la unidad, alumnos y alumnas: • • Reconocen que el comportamiento de objetos muy diversos (cuerdas, láminas, aire en cavidades, los diferentes instrumentos musicales) puede tener un origen común (la vibración).

3. Introducción • ¿Te has preguntadocómo escuchamos? ¿Cómo llega la señal de televisión o de radio a nuestra casa? ¿Cómo es posible que nos comuniquemos por celular? ¿Cómo las ballenas se comunican entre sí? ¿Cómo los murciélagos, a pesar de ser ciegos, esquivan objetos y atrapan su alimento?

4. La respuesta es simple: • Por las ondas. • Pero para que haya una onda, antes tiene que existir una vibración. • Entonces: ¿qué es una vibración?

5. V i b r a c i ó n • Una vibración es una oscilación respecto a una posición en equilibrio. • Por ejemplo, cuando haces sonar una campana, ésta vibra. • Estas vibraciones se desplazan por un espacio y para esto requieren de un determinado tiempo.

6. Ejemplo Nota: prender altavoces

7. O n d a s • Entonces, ¿qué es una onda? • Es el desplazamiento de partículas en el espacio durante un determinado tiempo.

8. Ondas • En términos físicos: una onda es una perturbación que se propaga en un medio material (por ejemplo una cuerda) o por el vacío (las ondas electromagnéticas). Movimiento de una onda en una cuerda

9. Estamos continuamente en contacto con las ondas, la mayor parte de la información que recibimos nos llega por medio de algún tipo de onda.El sonido es energía que llega hasta nuestros oídos en forma de onda. La luz es energía que llega a los ojos en forma de otro tipo de onda muy diferente, una onda electromagnética.

10. Las señales que reciben nuestros aparatos de radio y televisores también se propagan en forma de ondas electromagnéticas. Una onda es un fenómeno en el cual se transmite energía desde una fuente que vibra hasta otro objeto sin transportar materia, siendo esta una de las principales propiedades de las ondas.

11. Las ondas: transmisión de información

12. Cuando agitamos rítmicamente el extremo de una cuerda que es sostenida por otra persona en el otro extremo de esta, y se mantiene una cierta tensión, vemos que esta perturbación rítmica se propaga por la cuerda hasta llegar al otro extremo. • Cada punto del cordel se mueve hacia arriba y hacia abajo mientras la perturbación se desplaza horizontalmente. Lo que avanza por el cordel es la perturbación no las partes de las cuerdas.

13. Perturbación en el medio SUPERFICIE DEL AGUA • La superficie del agua entra en vibración cuando se la perturba por acción de un cuerpo que cae, el viento, etc. • Si se arroja una piedra en un estanque con agua tranquila se producirá una onda que se aleja del centro en forma de círculos que se expanden, lo que viaja es la perturbación y no el agua, pues una vez que la perturbación ha pasado el agua está en el mismo lugar que estaba inicialmente y en reposo

14. Cuando alguien te habla desde el otro extremo de una habitación, la onda sonora es una perturbación que se propaga a través del aire del recinto.

15. Característicasde las ondas • Algunas características de una onda: • La posición más alta con respecto a la posición de equilibrio se llama Cresta. • La posición más baja con respecto a la posición de equilibrio se llama Valle. • El máximo alejamiento de la onda con respecto a la posición de equilibrio se llama Amplitud.

16. Características de las ondas Cresta Amplitud Posición de equilibrio Amplitud Valle

17. La distancia que hay entre dos crestas o dos valles se llama Longitud de onda. Longitud de onda

18. El tiempo transcurrido entre dos ondas consecutivas se llama periodo. • El número de ondas emitidas en cada segundo se llama frecuencia.

19. Tipos de ondas • Tenemos dos tipos de ondas: • Las ondas transversales. • Las ondas longitudinales.

20. Onda transversal • Las ondas transversales son aquellas en donde el movimiento de las partículas que transporta la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. • Por ejemplo, al hacer vibrar una cuerda tensa. Onda transversal

21. El movimiento del cordel (hacia arriba y hacia abajo) forma un ángulo recto con la dirección de la rapidez de la onda.

22. Onda longitudinal • Las ondas longitudinales son aquellas en donde el movimiento de las partículas que transporta la onda sucede en la misma dirección de propagación de la onda. • Por ejemplo, el sonido. Ondalongitudinal

23. Ondas longitudinales y transversales Las ondas transfieren energía de izquierda a derecha. Cuando el resorte se estira y se comprime, se produce una onda longitudinal. Cuando el extremo del resorte se mueve de lado a lado, se produce una onda transversal.

24. Ondas longitudinales y transversales Las olas son una combinación de movimientos longitudinal y transversal

25. Ondasgeneradas por un terremoto • Las ondas P son longitudinales y atraviesan materiales fundidos y sólidos. • Las ondas S son transversales y sólo se propagan por materiales sólidos. • Las reflexiones y refracciones de las ondas proporcionan información sobre el interior de la Tierra.

26. La rapidez de una onda • La rapidez de una onda depende del medio a través del cual se propaga. Por ejemplo, las ondas sonoras se desplazan a una rapidez de 330 m/s a 350 m/s en el aire (también depende de la temperatura ambiental) y unas 4 veces más rápido en el agua. Cualquiera sea el medio, existe una relación entre la longitud de onda, la frecuencia y la rapidez de la onda: • rapidez de la onda = frecuencia x longitud de onda.o en fórmula: v = f · l • donde v es la rapidez de la onda, fes su frecuencia yl  es la longitud de onda.

27. Ejemplo 1 • Al mover el extremo de una cuerda de 40 metros que está atada a un poste vemos que nos llega de vuelta este meneo a los 8 segundos, entonces la rapidez de la perturbación que viaja por la cuerda es: • Falta conocer su frecuencia. • 0,1 m/s • 5 m/s • 10 m/s • Falta conocer su longitud de onda.

28. Una radioemisora transmite su señal a través de la frecuencia de 80 MHz, esto quiere decir que: emite 80 ondas en un segundo. transmite ultrasonido. estas ondas corresponden a ondas luminosas. su longitud de onda es de 80 cm. estas ondas viajan a 3 x 108 m/s Ejemplo 2

29. En un estanque con agua se generan ondas como muestra la figura de abajo. La longitud de onda es: 3 m. 3,5 m. 6 m. 7 m. Falta información Ejemplo 3

30. En el extremo de un resorte de 8 m se generan ondas de tal forma que caben en él justo 20 ondas cuya frecuencia es de 25 Hz, entonces la rapidez de las ondas que viajan por este resorte es: 0,4 m/s. 500 m/s. 10 m/s. 62,5 m/s. 200 m/s. Ejemplo 4

31. En una piscina con agua quieta un niño que está sentado en la orilla mueve su pie dos veces cada segundo, las olas que esto provoca viajan a 1 m/s, por lo tanto la longitud de onda de estas olas es: 2 m. 1 m 0,5 m 50 m. Falta conocer la frecuencia. Ejemplo 5

32. En el extremo de una cuerda de 20 metros una persona genera ondas que se desplazan con una rapidez de 4 m/s, ¿cuánto tardará en volver a la persona que generó las ondas, la primera onda que emitió?: 5 s. 10 s. 0,1 s 0,2 s Falta información. Ejemplo 6

33. Cuando pasan unas ondas por un resorte que está en posición horizontal, las espiras de este resorte vibran moviéndose hacia arriba y hacia abajo, entonces las ondas que están pasando por este resorte son: Electromagnéticas. Longitudinales. de amplitud pequeña. Transversales. Rápidas. Ejemplo 7

34. Ejemplo 8 • Respecto a las ondas se presentan las siguientes afirmaciones: • La luz es una onda electromagnética. • La frecuencia no tiene relación con el período. • La rapidez de una onda depende de su amplitud.Son verdaderas: • Sólo I • Sólo II. • Sólo III. • I y II. • II y III.

35. Ejemplo 9 • El extremo de una cuerda de 8 m es movido periódicamente hacia arriba y abajo 5 veces en cada segundo y las ondas que esto provoca en la cuerda viajan a 4 m/s, entonces el período de estas ondas es: • 5 Hz. • 4 s. • 2 s. • 0,2 Hz. • 0,2 s.

36. Ejemplo 10 • Con respecto a las ondas que viajan por una cuerda inextensible que está en posición horizontal que son generadas al subir y bajar rítmicamente uno de sus extremos se hacen las siguientes afirmaciones: I. Son ondas transversales. II. Si se aumenta la amplitud va aumentar su rapidez. III. Si se disminuye el período va a aumentar la frecuencia. De estas afirmaciones son falsas: • Sólo I. • Sólo II. • Sólo III. • I y III. • Todas.

37. Ejemplo 11 • Un transmisor de radio emite su señal con una frecuencia de 60 Mhz. por lo tanto la longitud de onda de estas ondas es: • 5 m. • 5 x 106 m. • 0,2 m. • 5000 m. • Faltan datos.

38. En la figura de abajo se muestra una cuerda por donde van viajando ondas a 8 m/s y el largo de esta cuerda es de 20 m. Entonces, el período de estas ondas es: 4 s. 2 s. 2,5 s 0,4 s. 0,5 s. Ejemplo 12

39. Fenómenos de las ondas • Al viajar a través de un medio, las ondas suelen interactuar entre sí o con otros elementos, dando origen a fenómenos como la interferencia, la difracción, la reflexión, la refracción, las ondas estacionarias, y otros.

40. Cuando una o varias ondas que viajan por un medio llegan a un punto sólido o de mayor densidad, se produce una onda que se devuelve a su punto de origen. Este fenómeno se llama reflexión, y produce efectos como el eco y las ondas estacionarias.

41. La interferencia ocurre cuando dos o más ondas están pasando por un punto, ya sea de una cuerda, un resorte, en el agua, etc. El resultado de dicha interacción es la suma de las amplitudes de las ondas involucradas.

42. Cuando la cresta de una onda se superpone a la cresta de otra el resultado es una onda de mayor amplitud, este fenómeno se conoce como interferencia constructiva. Cuando la cresta de una onda se superpone al valle de otra el resultado es casi nulo, a esto se le llama interferencia destructiva. Esto lo podemos ver en cuerdas, olas en el agua, sonidos, etc.

43. Las ondas estacionarias  se producen por la interferencia de ondas incidentes y reflejadas que viajan por una cuerda. En estas ondas (estacionarias) se producen puntos fijos llamados nodos y puntos de gran amplitud llamados anti nodos.

44. Cuando un frente de ondas cambia de medio se puede producir un cambio en su dirección y rapidez de propagación, como por ejemplo, cuando las ondas en el agua pasan a zonas más profundas o cuando la luz pasa del agua al aire o viceversa. A este fenómeno se le llama refracción.

45. Ejemplo 1 • Las ondas periódicas que viajan por el agua de cierta zona de una pileta pasan a otra zona más profunda, entonces: • Disminuyen su rapidez. • Aumentan el período. • Aumentan la frecuencia. • Mantienen su frecuencia. • Mantienen su rapidez.

46. Fenómenos de las ondas • Otro fenómeno asociado a las ondas es la difracción, que consiste en la desviación de una onda en torno a un obstáculo o barrera. El principio de Huygens nos dice que todos los puntos de un frente de ondas se pueden considerar como fuentes puntales de ondas secundarias, como ocurre con las ondas generadas en el agua, que pasan por una abertura angosta.

47. Ejemplo 1 • Las dos señales que viajan por la cuerda de la figura de abajo tienen la misma longitud de onda y tienen el sentido de propagación indicado. • La figura que mejor representa el instante en que las dos señales se superponen completamente es:

48. Ejemplo 2 • Una cuerda está fabricada de tal manera que tiene una parte más gruesa y densa (lado derecho) que la otra. Se envía una señal como se indica en la figura inferior La figura que mejor representa a la cuerda un momento después es:

49. Ejemplo 3 • Si las olas que son generadas en la orilla de una piscina pasan por el lado y rodean a una persona que está en medio de esta estamos en presencia de: • interferencia. • refracción. • superposición. • reflexión. • difracción.

50. Ejemplo 4 • En la figura que está abajo se muestra una cuerda que tiene dos zonas de distinta densidad y viajan ondas desde el sector menos denso como indica la flecha. Al respecto se hacen las siguientes afirmaciones:I. La rapidez de las ondas va a aumentar.II. La longitud de onda va a disminuir.III. La frecuencia de las ondas va a aumentar. • Es(son)verdadera(s): • Sólo I. • Sólo II. • Sólo III. • I y II. • II y III.