MATERIAL DE CUARTO: ONDAS

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.