¿Cuales son los tipos de ondas que existen? Las ondas se clasifica debido a muchos aspectos, la mas conocidad es debido al medio en el que se propagan: 1) Ondas mecanicas: necesitan un medio solido, soli do, liquido o gaseoso para moverse. m overse. ejemplo: a) ondas sonoras: necesitan aire b) ondas en un cuerda: necesita la cuerda c) las olas : necesitan el agua. 2) Ondas electromagneticas : se propagan en el vacio. ejemplo: a) la luz: se mueve desde el sol hasta la tierra atravs del espacio. 3) Ondas gravitacionales: menos conocidas, son un poco reciente s descubrimiento comparada con las otras. ejemplo: a) la gravedad tambien se pueden clasificar debido a su periodicidad: 1) periodicas: se repiten cada cierto tiempo 2) no periodicas: son irregulares. debido a la forma en que se propagan: 1) transversales: se propagan en forma de una funcion seno de arriba hacia abajo. 2) longitudinal: se propagan moviendose practicamente hacia adelante y hacia atrás.
TIPOS de ONDAS. GENERACIÓN DE ONDAS TRANVERSALES
Vamos a estudiar las ondas materiales (que son las que necesitan un soporte material para propagarse) y a comprobar como se generan las ondas TRANVERSALES y cuales son sus características. Para ello utilizaremos una máquina que simula vibraciones en el extremo de una cuerda. Todo lo que estudiemos se puede generalizar a cualquier otro tipo de ondas tranversales como por ejemplo las ondas en la superficie del agua, etc. PULSO y TREN DE ONDAS El movimiento de cualquier objeto material puede ser considerado como una fuente de ondas. Al moverse perturba el medio que lo rodea y esta perturbación al propagarse puede ser un pulso o un tren de ondas. Un impulso único, ,como una vibración en el extremo de una cuerda, al propagarse da lugar a un tipo de onda llamada pulso. Si las vibraciones del extremo se suceden, se formará un tren de ondas que se transmite a lo largo de la cuerda. ONDAS TRANSVERSALES y LONGITUDINALES Si las partículas del medio en el que se propaga la perturbación vibran perpendicularmente a la dirección de propagación las ondas se llaman transversales. Si vibran en la misma dirección se llaman longitudinales. Pulsa más abajo en " Tipos de Ondas" para ver como se comportan estos dos tipos de onda. En las ondas longitudinales que has podido observar, si medimos la posición en que se encuentra un punto que vibra, distancias hacia la derecha y hacia la izquierda de la posición de equilibrio - y la representamos frente al tiempo, obtenemos una función matemática senoidal (forma de onda). Aceptaremos que la forma de los pulsos no varía durante la propagación (lo cual sólo es sólo cierto para las ondas electromagnéticas, que no son materiales, propagándose en el vacío). Nos referiremos únicamente a ondas cuyos pulsos pueden ser descritos por las funciones matemáticas m atemáticas seno y coseno. A estas ondas las llamaremos ondas armónicas. Las partículas del medio en que se propagan estas ondas (en este caso las de la cuerda) vibran perpendicularmente a la posición inicial de la cuerda, separándose de la posición inicial arriba y abajo con un movimiento vibratorio armónico simple. La separación de la posición de equilibrio responde a la fórmula y(t)=A· sen t. La velocidad de vibración de las partículas es variable ( v=A · sen t ) , perpendicular a la dirección de propagación y diferente a la velocidad de propagación del pulso ( V) que tiene valor constante para una onda y un medio dados.
Se define la longitud de onda () como la distancia que recorre el pulso mientras un punto realiza una oscilación completa. El tiempo que tarda en realizar una oscilación se llama periodo( T) y la frecuencia ( ) es el número de oscilaciones (Vibraciones) que efectúa culaquier punto de la onda en un segundo.
Las ondas viajeras de la cuerda son ondas bidimensionales y, como toda onda, realizan una transmisión de energía sin transporte de materia. Instrucciones de manejo del applet 1.Al cargarse el applet se verá una cuerda marcada con nudos, que serán útiles para ver su separación de la po sición iinicial, y en el medio de la cuerda un nudo de color azul. Un cuadro de control nos permite iniciar la generación de ondas com "play" y obtener una pausa con ( "pause") . Con la cuerda detenida con pause podemos variar, paso a paso, la posición de la cuerda hacia donde se encontraba momentos antes o adelantar el movimineto con "back" o " forward". Podemos variar las condiciones en que vibra la cuerda selecionando los botones de radio para las condiciones : pulso hacía arriba ((pulse crest); pulso hacia abajo ( pulse frough) ; tren de ondas (continous). No vamos a estudiar las interferencias que se forman cuando rebota la onda y selecionaremos "end less" ( si fin , como si l a onda prosiguiera hacia el infinito).
Realización práctica Realiza, obseva y comprueba lo siguiente: 1- Fija las condiciones de "end les" para que no reboten las ondas. Provoca la agitación del extremo de la cuerda pulsando "play" y observa como avanza el tren de ondas. 2.- Pulsa "pause " y cliquea en "back" para ver las posiciones de la cuerda paso a paso. Procediendo así es como si efectuáramos la vibración a cámara lenta. Fijate que el punto azul se encuentra a una longitud de onda del punto iizquierdo del inicio de la cuerda. 3.- Cada punto de la cuerda al vibrar arrastra a los puntos próximos que le siguen con un cierto retraso. La posición que ocupan en un determinado instante todos los puntos de la cuerda la vemos pulsando "pause" y esa forma es lo que denominamos onda. 4.- Si represntaramos la separación de un punto dado de la posición de equilibrio en cada instante y lo representamos ffrente al tiempo, obtendremos ua gráfica con forma senoidal. 5.- A continuación realiza la animación parándola con "pause" y luego "back" y podrás comprobar que los puntos situados unos de otros a una distancia igual a la longitud de onda están en fase (vibran manteniendo la misma distancia a la posición de equilibrio). Lo mismo les sucede a los que están a doble, triple etc. longitudes de onda los unos de los otros. Las posiciones de distintos puntos coinciden si estan separados por un múltiplo entero de la longitud de onda. 6.- La posición de un mismo punto (medida como distancia al punto de reposo inicial) se repite cada cierto tiempo llamado periodo,
Volviendo sobre las conclusiones que hemos anotado sobre las experiencias anteriores, podemos hacer una clasificación de las ondas.
a) Atendiendo a la relación entre las direcciones de propagación y la de las oscilaciones de un punto del medio. Ya las hemos calificado como ondas transversales y ondas longitudinales . b) Atendiendo al tipo de energía que transportan. Ondas mecánicas, necesitan un centro emisor, llamado fuente o foco y un medio material en el cual se pueda modificar alguna propiedad. 1. Las propiedades que se modifican pueden ser: - La posición de un punto del medio (cuerda, superficie de un líquido), - Una variación de la presión en un punto , como es el caso de la propagación del sonido en un gas (por ejemplo el aire) 2. El medio ha de ser elástico. Una vez pasada la perturbación, cada partícula recupera su conformación inicial deformando las partículas vecinas. Los agentes que permiten la propagación de la onda y que hacen que un punto del medio recupere su posición anterior al paso de la onda son: las interacciones moleculares y la acción de la gravedad en el caso de la cuerda y la perturbación sobre la superficie del agua; la fuerza recuperadora en el resorte.
3. No hay transporte de materia. Solo se transporta energía: mecánica en el caso de la cuerda, la superficie del agua, el resorte o el sonido. Ondas electromagnéticas, necesitan una fuente o foco emisor, pero no necesariamente un medio material. La luz se propaga en el aire, en el agua o en el vidrio pero puede propagarse también en el vacío. 1. Las propiedad que se modifican es la variación de un campo eléctrico y de un campo magnético asociados a partículas aceleradas sin masa, fotones . Maxwell descubrió que las partículas eléctricas aceleradas son fuente de ondas electromagnéticas.
2.Transportan energía radiante . Conclusiones a) Una deformación producida en un medio elástico se desplaza a través del medio. El pulso produce una modificación temporal de una o varias propiedades del medio, el tren de ondas una modificación continua. b) El medio ha de ser elástico. Una vez pasada la perturbación, cada partícula recupera su conformación inicial deformando las partículas vecinas. c) No hay transporte de materia. Solo se transporta energía: mecánica en el caso d e la cuerda, la superficie del agua, el resorte o el sonido; radiante, en el caso de las ondas electromagnéticas. d) En todos los casos hay una pérdida de energía en forma de calor lo cual provoca el amortiguamiento de la onda. e) Ninguna perturbación se propaga instantáneamente, hay pues una velocidad de propagación.
Ondas Las ondas del agua son un fenómeno que se puede ver y los efectos de las ondas sonoras se escuchan directamente con el oído. Además el cuerpo puede detectar algunas ondas del espectro electromagnético. Las ondas de luz con el ojo, el efecto calorífico del infrarrojo con la piel. Sin embargo, hay otras ondas electromagnéticas que no se pueden percibirse directamente con los sentidos humanos e incluso el infrarrojo por regla general solo con los sentidos humanos e incluso el infrarrojo por regla general solo se puede observar mediante detectores especiales. Los fenómenos ondulatorios aparecen en todos los campos de la física y se pueden utilizar ecuaciones matemáticas similares para todas las aplicaciones. Aquí se examinaran algunos de los principios generales que rigen el movimiento ondulatorio. Tipos de ondas y sus características. Una honda en movimiento es una perturbación que se desplaza o propaga de un punto a otro. Las ondas mecánicas son ondas que se propagan por un material, como ocurre por ejemplo al golpear un extremo de una varilla de metal con un martillo. Una perturbación inicial, que se produce en un punto de aplicación de una fuerza a las partes del material adyacentes. Entonces actúa una fuerza elástica para devolver el material a su posición de equilibrio. Al hacerlo, comprime las partículas adyacentes de tal mantera que la perturbación se aleja del foco. Las partículas se exceden en el intento de volver a sus posiciones originales, así que en un punto determinado una compresión viene seguida de una rarefacción. El paso de onda se percibe en las variaciones de presión alrededor del punto de equilibrio o por la velocidad de las oscilaciones. Este paso se describe como oscilatorio o periódico. Hay dos tipos principales de oscilación periódica: la transversal y la longitudinal. En las ondas transversales las vibraciones son perpendiculares a la dirección del desplazamiento en las ondas longitudinales son p aralelas al desplazamiento. Las ondas sonoras son compresiones y rarefacciones alternas de cualquier material que actúe como medio para el desplazamiento y son longitudinales. Las ondas de agua se producen por el viento o alguna perturbación de otro tipo. Las partículas se mueven en círculos verticales, de manera que se producen desplazamientos tanto transversales como longitudinales. De este movimiento surge el conocido perfil de las ondas, con sus estrechas cimas y sus amplios valles. En los movimientos ondulatorios se produce una transferencia de energía, que en el caso de las ondas sonoras y las ondas de agua es mecánica. Sin embargo, el paso de una onda por un medio también supone una perdida de energía. La amplitud disminuye y se habla de un amortiguamiento de la onda. Hay dos procesos diferentes, la dispersión y la absorción. En muchos casos no hay absorción o hay poca, por ejemplo, la radiación electromagnética del sol se traslada por el espacio sin que se produzca ninguna absorción, pero plantes mas alejados que la tierra reciben menos radiaciones porque se tiene que irradiar por mas espacio y por lo tanto la intensidad (la relación de potencia y espacio) disminuye según una ley de cuadrados inversos. Lo mismo ocurre con el sonido en la atmósfera. Sin embargo, en algunos casos se absorbe energía en un medio, como por ejemplo cuando la luz entra y expone una partícula fotográfica o cuando rayos X entran en el tejido humano. En la radiación homogénea, la absorción es exponencial, por ejemplo, si la mitad de la radiación traspasa 1 mm de absorbente, un cuarto pasaría por 2 mm y un octavo por 3 mm. El periodo o ciclo (T) de una onda es el tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa. La frecuencia (f) del movimiento ondulatorio se define como el número de oscilaciones completas o ciclos por segundo (f=1/T). La unidad de frecuencia es el hertzio (hz.), que toma el nombre del físico alemán Heinrich Rudolf Hertz, 1 Hertz = ciclo por segundo.La amplitud es el desplazamiento máximo desde la posición de equilibrio. La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos máximos o senos consecutivos de la onda. La velocidad de propagación (V) de las compresiones o la velocidad de fase de la onda es igual al producto de la frecuencia por la longitud de onda: v = f.λ. Las ondas que se originan en un foco puntual se propagan hacia fuera, en todas las direcciones, formando frentes de onda que serán circulares o esféricos al propagarse por un medio homogéneo. Cuando la distancia entre el frente de onda y el foco es grande, se puede considerar con un frente de onda plano.
Reflexión y refracción Reflexión de ondas planas en una superficie plana. Las ondas son paralelas mientras se acerca a XY y después se reflejan. AN es la normal de XY en a. I es el ángulo de incidencia de la onda al tocar XY. El ángulo de reflexión es r. Siendo i =r Se le denomina refracción a la desviación que ocurre cuando una onda incidente llega formando con la superficie límite un ángulo cualquiera y la onda transmitida modifica su dirección original acercándose o alejándose de la normal. Interferencia Si varias ondas se desplazan por un medio, el resultado en todo momento y en cualquier punto será la suma vectorial de las amplitudes de cada onda. Este fenómeno se conoce como el principio de superposición. Cuando dos o más ondas se combinan de esta manera exhiben el fenómeno de la interferencia. Si la amplitud de la onda resultante es mayor que las de cada onda individual, tiene lugar una interferencia constructiva; si es menor hay una interferencia destructiva. Si dos ondas sonoras con frecuencias ligeramente diferentes y las mismas amplitudes suenan a la vez (por ejemplo dos diapasones), entonces el sonido resultante tiene lo que se llama una amplitud variable. Estas amplitudes variables se llaman pulsaciones y su frecuencia se denomina frecuencia de pulsación. Dicha frecuencia es igual a la diferencia que hay entre las frecuencias de las dos notas originales. Al afinar instrumentos musicales es de ayuda escuchar las pulsaciones: cuando más seguidas sean, más afinado estar el instrumento.Modulación de amplitud y de frecuencia Las ondas de radio se pueden utilizar para transportar las ondas sonoras, superponiendo la huella de la onda sonora sobre la huella de la radio-onda. Es una de las formas básicas de retransmisión radiofónica, denominada modulación. Las ondas de radio se pueden modular de dos maneras. La modulación de amplitud (AM) es la más corriente. Se hace variar la amplitud de la onda transmisora de radio con la amplitud de la señal sonora. Para la modulación de frecuencia (FM) se hace variar la frecuencia de la onda transmisora para llevar el paso de las variaciones de amplitud de la señal sonora. Modulación de Amplitud Ondas estacionarias Estas son el resultado de confinar ondas en una región determinada. Cuando una onda en movimiento, como la que se propaga por la cuerda de una guitarra en dirección del puente, llega al soporte, la cuerda tiene que estar casi en reposo. Se ejerce una fuerza sobre el soporte, que entonces reacciona, mandando una onda reflejada por la cuerda en sentido opuesto. Esta onda tiene la misma frecuencia y longitud de onda que la onda original. Con determinada frecuencias las dos ondas, propagándose en sentidos contrarios interfieren para producir una honda estacionaria. Cada modo de vibración corresponde a una frecuencia particular. Las ondas estacionarias pueden ser transversales, como en una cuerda de violín, punteada, o longitudinal, como en el aire de un tubo de un órgano. Las posiciones de la amplitud máxima y mínima se denominan antinodos o vientres y nodos respectivamente. En los antinodos la interferencia es constructiva. En los nodos es destructiva. Se aplica una fuerza periódica a un sistema con una frecuencia de o cerca de la frecuencia natural del sistema, entonces la amplitud de vibración resultante ser mucho mayor que para otras frecuencias. Estas frecuencias naturales se llaman frecuencias resonantes. Cuando una frecuencia impulsora llega a igualar la frecuencia resonante, se ha obtenido la amplitud máxima. La frecuencia natural de los objetos se puede usar de forma destructiva. Vientos fuertes pueden llevar puentes suspendidos a su frecuencia natural, haciéndolos vibrar, hasta ocasionar la destrucción del puente. Al cruzar un puente, los soldados en formación tienen que romperla para que el puente no alcance la frecuencia natural de la estructura que causaría su desintegración.Difracción Las ondas normalmente avanzan en línea recta por un medio uniforme. Sin embargo, cuando pasan por una rendija con un ancho comparable a la longitud de onda, se dispersan en forma de abanico, es decir se difractan. Así las ondas pueden doblar las esquinas. APRA una onda sonora de 256 Hz la longitud de onda es de unos 1.3 m, o sea, cercana a las dimensiones de puertas y ventanas abiertas. Si se proyecta un haz de luz por una sola rendija ancha sobre una pantalla cercana a la rendija, se obtiene una imagen nítida y clara de la rendija. Si se estrecha la rendija llegara un punto en el cual la rendija ya no se vera cada vez mas estrecha, sino una huella de difracción de bordes claros y oscuros. El principio de Huygens fue propuesto en 1676 por el físico Holandés Christiaan Huygens (1629-1695) para explicar las leyes de la reflexión y la refracción. Postulo que la luz era un movimiento ondulatorio. Cada punto de un frente de ondas es a su vez un foco de ondas nuevas o secundarias. En nuevo frente de ondas es a su vez un foco de ondas nuevas o secundarias. El nuevo frente de ondas es la superficie que toca todos los frentes de ondas de los focos secundarios. La difracción expone los efectos de interferencia que se observan en una luz que sale de una posición continua de un frente de ondas, como la de una rendija estrecha. El trabajo del medico y físico británico Thomas Young (1773-1829) y otros finalmente dieron la razón a la teoría de Huygens.
