Material para cuarto año
MOVIMIENTO ONDULATORIO.
Magnitudes y relaciones entre
ellas.
Si
movemos el extremo de una cuerda, esto
consiste en separarla de su posición de equilibrio y volverla al mismo punto,
se propaga a lo largo de la cuerda una perturbación que llamamos pulso.
Si
se repite periódicamente el movimiento, se propagará por la cuerda un conjunto
de pulsos que constituye un tren de ondas periódicas o movimiento
ondulatorio.
MOVIMIENTO OSCILATORIO
Tomemos un resorte con un cuerpo
suspendido de él y separémoslo de su posición de equilibrio. Al soltarlo,
vuelve a la posición de equilibrio, la rebasa y comprime el resorte en la misma
longitud con que lo hemos alargado. Allí se detiene un instante, para volver a
pasar por la posición de equilibrio e ir de nuevo hasta la posición desde la
que ha sido soltado.
Repetirá este movimiento de forma
permanente si no actúan fuerzas de rozamiento que lo frenen. Este movimiento se
repite exactamente cada vez, esto es, tarda el mismo tiempo en cada repetición.
En la imagen tenemos un resorte en su posición de equilibrio (XO).
Si no hay rozamiento, este
movimiento, llamado oscilatorio, se repetirá indefinidamente.
A todo movimiento semejante al del
resorte se le denomina oscilatorio
armónico, o, a veces, movimiento vibratorio armónico.
En la naturaleza existen muchos
fenómenos que se repiten con el tiempo. La rotación de la Tierra, sobre sí
misma o alrededor del Sol, la oscilación del péndulo, etc., son algunos
ejemplos.
Cuando un fenómeno se repite en el
tiempo, decimos que es periódico. Un período es el tiempo que tarda en regresar
a la magnitud de su posición inicial.
Así, el movimiento oscilatorio
armónico será periódico, porque la posición se repite cada cierto período de
tiempo, T.
La forma de la onda periódica es la que se
muestra a continuación: podemos observar los máximos y mínimos, que
corresponden a las posiciones más alejadas del cuerpo respecto a la posición de
equilibrio, es decir, cuando está totalmente alargado, o comprimido. La posición
de equilibrio que el cuerpo tenía al principio está señalada por la línea
horizontal del dibujo
Las ondas tienen las siguientes magnitudes:
-
AMPLITUD (A): máxima distancia de cualquier
punto de su punto de equilibrio. De forma general, la amplitud es el valor
máximo de la magnitud cuya propagación constituye la onda. Su unidad es el metro.
-
LONGITUD DE ONDA (λ): distancia
entre dos pulsos sucesivos. Si suponemos que la producción de pulsos es
continúa, la λ será la distancia recorrida por la onda mientras se
genera un pulso. Es decir, es la distancia recorrida por la onda en un tiempo
igual al periodo. Su unidad es el metro.
-
PERIODO (T): es el tiempo que tarda en generar
un pulso completo o una oscilación completa. Su unidad es el segundo.
-
FRECUENCIA (f): es el número de pulsos producidos
por unidad de tiempo. Su unidad es el seg-1 o
Hz. (Hertz).
Por consiguiente, la frecuencia será la
inversa del período: f = 1/T
- Otra forma de determinar la
frecuencia es el cociente entre el número de oscilaciones dividido entre el
intervalo de tiempo.
Cuando en un medio elástico perturbamos una
partícula, el movimiento armónico que adquiere lo transmite a las partículas
más próximas, por lo que la perturbación se transmite a través del espacio,
originándose un movimiento oscilatorio generalizado.
Todos hemos observado que al tirar
una piedra al agua se producen pequeñas olas circulares que tienen por centro el
lugar donde ha caído la piedra. Este tipo de perturbación cumple con lo que
hemos dicho en el párrafo anterior, y recibe el nombre de onda.
Si perturbamos un medio elástico,
esta perturbación se transmite al originarse un movimiento oscilatorio.
De este modo, podemos decir que al
perturbar un medio elástico se origina una onda, y llamamos onda a la forma que
toma la vibración.
Se produce de la siguiente manera:
Una partícula vibra por la causa que sea. Al vibrar, transmite su energía a las partículas de alrededor, por lo
que las arrastra en la vibración. Cada partícula oscila alrededor de su
posición de equilibrio, pero la energía se transmite en una dirección, que es
la llamada dirección de propagación de onda. La propagación de onda es la
velocidad constante.
VELOCIDAD DE PROPAGACION DE UN PULSO EN UNA CUERDA:
La velocidad de propagación
depende únicamente de las características del medio. En este caso decimos que
depende de la tensión (fuerza) a la que esta sometida la cuerda y de la
densidad lineal de masa de la cuerda.
CLASIFICACION DE LAS ONDAS
Criterio
|
Si
|
No
|
Ejemplo
|
Necesidad de un medio de
propagación
|
MECANICAS
|
ELECTROMAGNETICAS
|
Cuerda
Resorte
Lonja
|
Radio
Celular
TV
|
Según la cantidad de dimensiones
|
UNIDIMENSIONALES
|
Cuerdas, alambres
|
DIBIMENSIONALES
|
Agua, chapa, lonja
|
TRIDIMENSIONALES
|
Sonido, Tv, microondas
|
Según la dirección de propagación
de los puntos comparada con la del pulso
|
Igual dirección
|
LONGITUDINALES
|
|
Dirección perpendicular
|
TRANSVERSALES
|
|
|
|
|
|
|
|
Ver reflexión y refracción de
pulsos.
