CONCEPTO DE ONDA S Las ondas son uno de los fenómenos físicos más fundamentales: las ondas sobre la superficie del agua y los terremotos, las ondulaciones en resortes, las ondas de luz, las ondas de radio, las ondas sonoras, etc. La propagación de una onda puede interpretarse haciendo uso del modelo de la cadena lineal. Esta cadena está compuesta de una serie de partículas de igual masa separadas
de
resortes
también
iguales.
Este
modelo
permite
explicar
el
comportamiento de los cuerpos elásticos y por lo tanto la propagación de las ondas mecánicas. En física, una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vacío.
CLA SES DE OND AS * Ondas Mecánicas: Estas son las ondas que necesitan un medio material para transportarse, como el agua, el aire, el resorte o la cuerda. Hay tres tipos de ondas Mecánicas.
Figura 1: ondas mecánicas
Ondas Transversales: Estas ondas hace que las partículas del medio oscilen
perpendicularmente a la dirección de la propagación de la onda. La onda se mueve a lo largo del resorte hacia la derecha, pero el resorte mismo se desplaza hacia arriba y hacia abajo formando ángulos rectos respecto al movimiento de la onda. Las ondas en un piano y en las cuerdas de una guitarra son ejemplos representativos de ondas transversales. Ondas Longitudinales: Estas Ondas hacen que las partículas del medio se muevan
paralelamente a la dirección de propagación de la onda. El desplazamiento del resorte están en la mismo dirección del movimiento de la onda. Un ejemplo de este tipo de ondas es el sonido y la forma en que transmitir algunos fluidos, los gases y los plasmas. Ondas Superficiales: Estas ondas son una mezcla de ondas longitudinales y
transversales. es decir cuando las ondas profundas en un lago o en el océano son
longitudinales, pero en la superficie del agua las partículas se mueven tanto paralela como perpendicularmente a la dirección de la onda.
Clasificación de ondas mecánicas
Ondas elásticas:
Una onda elástica elástica es una perturbación tensional que se propaga a lo largo de medios elásticos. Por ejemplo las ondas sísmicas sísmicas ocasionan ocasionan temblores que pueden tratarse como ondas elásticas que se propagan por el terreno
Figura 2: Onda elástica Ondas sonoras:
Una onda sonora es un caso de particular de elástica, concretamente una onda elástica longitud. Los fluidos son medios continuos por no tener tener rigidez y por tanto no pueden transmitir ondas elásticas transversales solos longitudes longitudes de presión. Ondas de gravedad:
Las ondas de gravedad son ondas que se propagan en un medio estratificado estable frente al desarrollo de movimientos verticales. Estas ondas se
estudian
especialmente en meteorología, donde las ondas de gravedad se se producen en zonas estables de la atmosfera terrestre.
Figura 3: ondas de gravedad
Características de las ondas mecánicas
Difracción: ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en líneas para rodearlo.
Efecto doppler: efecto debido al movimiento relativo entre la fuerte emisora de las ondas y el receptor de la misma.
Interferencia: ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio.
Reflexión: ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección.
Refracción: ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que vieja a distinta velocidad.
Onda de choque: ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen femando un cono.
Aplicación de las ondas mecánicas
Se usan desde las bocinas de
un estéreo, televisión, radio, de las
computadoras, en los amortiguadores de los autos, instrumentos musicales, para trasladar energía.
Figura 4: Aplicación de las ondas * Ondas Electromagnéticas: Estas ondas no necesitan un medio para su movimiento, y viajan a través del espacio con la velocidad de la luz, 299,792,458m/s. Sus características no pueden ser observadas directamente por lo que se estudian las ondas mecánicas, como un modelo para estudiar el comportamiento de las ondas electromagnéticas. Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.
Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las
O.E.M.
son
también
soporte
de
las
telecomunicaciones
y
el
funcionamiento complejo del mundo actual.
ORIGEN Y PROPAGACIÓ PROPAGACIÓN N D E L AS O.E.M O.E.M . Una carga eléctrica acelerada crea un campo eléctrico variable y, como explican las leyes de Maxwell, los campos pueden abandonar la fuente que los produce y viajar por el espacio sin soporte material. Los campos no necesitan un medio deformable que vibre a su paso, lo único que vibra son los valores de los campos E y B en cada lugar. Las ecuaciones de Maxwell explican esta propagación: En efecto, un campo eléctrico variable engendra un campo magnético variable que, a su vez, engendra otro eléctrico y así avanzan por el espacio.
La variación del flujo magnético que atraviesa una superficie engendra un campo eléctrico cuya circulación a lo largo
de
la
curva
que
cierra
esa
superficie viene dado por la fórmula aquí mostrada
(
tercera
ecuación
de
Maxweell)
La variación del flujo eléctrico que atraviesa una superficie engendra un campo magnético cuya circulación a lo largo de curva que cierra dicha supericie viene dado por la fórmula aquí mostrada (cuarta ecuación de Maxwell)
La carga eléctrica en movimiento crea a su alrededor un campo electromagnético, cuyas componentes E y B son perpendiculares. Sus valores en cada punto y en función del tiempo son: E=Eosen( wt -kx) B=Bosen ( wt – wt – kx kx Las cargas eléctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnéticas Podemos elegir como modelo de formación de ondas electromagnéticas al dipolo eléctrico oscilante (dos cargas iguales y opuestas cuya separación varía armónicamente con el tiempo). Según la teoría electromagnética clásica una carga que oscila con Movimiento Armónico Simple de frecuencia "n" radia energía de la
misma frecuencia. La energía que emite la transporta un campo eléctrico y otro magnético. Veamos como son y como se forman.
Figura 5: origen de las ondas electromagnéticas
APLI CACIONES DE L AS ONDAS ONDAS EL ECTROM ECTROM AGNÉTI CAS Ondas Radio
El uso más habitual de las ondas de radio con efecto terapéutico se lleva a cabo mediante el uso de corrientes alternas de frecuencia superior a los 100 KHz. En la actualidad, las ondas de radio se emplean sobre todo en el tratamiento denominado onda corta. Aparte de su efecto térmico, la onda corta posee otros efectos como son el aumento de la circulación (hiperemia), aumento leucocitario pasajero y acción analgésica y antiinflamatoria. Microondas
Las ondas microondas tienen muchas aplicaciones. Una de ellas es la de los hornos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que la radiación electromagnética de muy alta frecuencia tiene mucha energía, por lo que hay una transferencia de calor muy grande a los alimentos en poco tiempo.
Las comunicaciones y el radar son otras dos aplicaciones de las microondas.
Infrarrojos
Los rayos infrarrojos se utilizan comúnmente en nuestra vida cotidiana: cuando encendemos el televisor y cambiamos de canal con nuestro mando a distancia; en el supermercado, nuestros productos se identifican con la lectura de los códigos de barras; vemos y escuchamos los discos compactos todo, gracias a los infrarrojos. Estas son sólo algunas de las aplicaciones más simples, ya que se utilizan también en sistemas de seguridad, estudios oceánicos, medicina, etc. Luz visible
Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm. Los ojos de muchas especies perciben longitudes de onda diferentes de las del espectro visible del ojo humano. Por ejemplo, muchos insectos, tales como las abejas pueden ver la luz ultravioleta que es útil para encontrar el néctar en las flores. Por esta razón, los éxitos reproductivos de las especies de plantas cuyos ciclos de vida están vinculados con la polinización de los insectos, dependen de que produzcan emisión ultravioleta, más bien que del colorido aparente a los ojos humanos. Rayos X
Los rayos X se emplean sobre todo en los campos de la investigación científica, la industria y la medicina.
El estudio de los rayos X ha desempeñado un papel primordial en la física teórica, sobre todo en el desarrollo de la mecánica cuántica. Como herramienta de investigación, los rayos X han permitido confirmar experimentalmente las teorías cristalográficas. Utilizando métodos de difracción de rayos X es posible identificar las sustancias cristalinas y determinar su estructura. Existen además otras aplicaciones de los rayos X, entre las que figuran la identificación de gemas falsas o la detección de mercancías de contrabando en las aduanas; también se utilizan en los aeropuertos para detectar objetos peligrosos en los equipajes. Los rayos X ultra blandos se emplean para determinar la autenticidad de obras de arte y para restaurar cuadros. En la radioterapia se emplean rayos X para tratar determinadas enfermedades, en particular el cáncer, exponiendo ex poniendo los tumores a la radiación.
M OVIM I ENTO ONDULATORIO PERI PERI ÓDI CO Proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas mecánicas o electromagnéticas. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico, u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio. Las ondas son una perturbación periódica del medio en que se mueven.
ELEM ENTOS DE UNA ONDA * Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de
saturación de la onda.
* Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda de ir de un punto de
máxima amplitud al siguiente. * Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto
medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo. * Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración en otras
palabras es una simple repetición de valores por un período determinado. * Valle: Es el punto más bajo de una onda. * Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas.
Figura 3: Elementos de una onda
CONCEPTO CO NCEPTO DE ONDA S TRANS TRANSVERS VERSAL AL ES Y ONDAS ONDAS LONGI TUDI NAL ES * Ondas Transversales: Estas ondas hace que las partículas del medio
oscilen perpendicularmente a la dirección de la propagación de la onda. La onda se mueve a lo largo del resorte hacia la derecha, pero el resorte mismo se desplaza hacia arriba y hacia abajo formando ángulos rectos respecto al movimiento de la onda. Las
ondas en un piano y en las cuerdas de una guitarra son ejemplos representativos de ondas transversales. * Ondas Longitudinales: Estas Ondas hacen que las partículas del medio se
muevan paralelamente a la dirección de propagación de la onda. El desplazamiento del resorte están en la mismo dirección del movimiento de la onda. Un ejemplo de este tipo de ondas es el sonido y la forma en que transmitir algunos fluidos, los gases y los plasmas.
DI FERENCIA ENTRE ESTAS ESTAS ONDAS ONDAS Ondas transversales son aquellas para las cuales; la perturbación que se propaga es perpendicular a la dirección de propagación, mientras que en las ondas longitudinales dicha perturbación es paralela a la dirección en la que la onda se propaga.
¿QU ¿QUE E E N E RGÍA RGÍA T RAN RA N SM I T E N L A S ON D AS? Una onda también es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico. * Energía potencial elástica (o energía de deformación, llamada así debido a las deformaciones elásticas. * Energía radiante: la energía que poseen las ondas electromagnéticas. * Energía cinética: relativa al movimiento. * Energía acústica: transmitida por las ondas mecánicas longitudinales para producir el sonido.
OND AS SÍ SÍSM I CAS
Las ondas sísmicas son ondas de propagación; transmiten la fuerza que se genera en el foco sísmico hasta el epicentro en proporción a la intensidad y magnitud de cada sismo; son ondas vibratorias entre las cuales se distinguen las ondas P, a la que sigue una ráfaga de oscilaciones irregulares.
CLASES Las Ondas (P), al igual que las ondas sonoras se mueven en virtud de la
compresión y expansión alternativa del medio que atraviesan. Estas ondas pueden desplazarse a través de cualquier medio sólido, líquido, o magnatico, ya que pueden atravesar sin ninguna dificultad el manto y el núcleo de la Tierra. Se llaman así porque son las primeras ondas que registran los sismógrafos, debido a su mayor velocidad y porque la propagación se efectúa en el mismo sentido que la vibración de las partículas. La velocidad de propagación va de los 8 a los 12 km./seg., dependiendo de los materiales que atraviesan. Las Ondas (S), desarrollan un movimiento ondulatorio o serpenteante y se
progresan de forma transversal y perpendicular a la dirección de propagación; su velocidad es más lenta que las ondas (P), de 4 a 8 km./seg, seguidas también de una ráfaga de oscilaciones más fuertes, se conocen como ondas de sacudida, la velocidad de las ondas S depende de la densidad y de la rigidez de las masas que atraviesa (resistencia a la distorsión o cizallado). Se registran en los sismógrafos en segundo lugar. A partir del retraso de las ondas (S), se puede determinar la distancia a la que se ha producido el terremoto y su localización o “epicentro”, lugar donde se produce
con mayor fuerza la liberación de la energía. Las ondas (S), en su propagación por el interior de la tierra, sufren un rechazo cuando se enfrentan con la rigidez y densidad del núcleo que no las deja pasar. Además de la manifestación de las ondas P, y S, la tierra puede trasmitir otros dos tipos de ondas que se desplazan por la superficie, basadas en una reflexión continua que se manifiesta en los límites superiores e inferiores de las capas superficiales. A este tipo de ondas se las conoce colectivamente como ondas L porque desarrollan períodos largos. Las Ondas (L), se manifiestan después de las ondas P y las ondas S, se
propagan sólo por la superficie mediante períodos vibratorios más largos que los anteriores. Desarrollan una velocidad más lenta, 3’5 km./seg., y son las responsables de producir los desplazamientos en la superficie y el desarrollo de las gravifisas, que producen los efectos más catastróficos en el epicentro de un terremoto de fuerte intensidad, siguiendo el sentido de propagación de forma parecida a las ondas que se producen en el agua de un estanque después de arrojar una piedra. A su vez, las ondas (L) se dividen en dos clases, ondas de Rayleigh y ondas de Love. La primera de estas ondas la predijo el tercer Lord Rayleigh en 1.887, veinte años antes de que se identificaran en sismógrafos. Las Ondas (R), o de Rayleigh, El movimiento de las partículas se desarrolla
de forma circular, elípticas sobre el plano de propagación;, son ondas de periodo largo, que producen en las partículas afectadas movimientos elípticos sobre planos verticales y en sentido opuesto a la dirección de propagación.
Figura 1: ondas P, S, R, L
Ondas (V), u ondas de Love, El movimiento es horizontal y perpendicular a
la dirección de propagación. El paso de este tipo de ondas produce una dislocación en las masas de la superficie o lugar donde se desarrollan, debido a la compresión y expansión alternativa del medio que atraviesan. Estas ondas se identificaron en los sismogramas antes de que se hubiera descubierto su existencia. Las explicó un matemático de Oxford, E. H. Love, como una extensión de la teoría de Rayleigh y desde entonces se las conoce como ondas de love.
Figura 2: Ondas love
Tanto las ondas de Rayleigh como las ondas de Love se desvanecen a diferentes profundidades, según sus períodos; de su desarrollo se ha obtenido valiosa información para distinguir las estructuras continentales y oceánicas de la corteza terrestre. La velocidad de las ondas sísmicas es variable, determinadas estas por las propiedades elásticas de las diversas capas que atraviesa como pueden ser el tipo de roca, temperatura, presión etc. Pero principalmente la velocidad de las ondas sísmicas se debe a la magnitud de la energía que se libera en el hipocentro, mediante lo que se conoce como una explosión, que es la responsable de generar las ondas sísmicas.
