Física 2º de Bachillerato



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Física 2º de Bachillerato

Tema II. MOVIMIENTO ONDULATORIO. SONIDO



1.- EL MOVIMIENTO ONDULATORIO
Cuando a una partícula de un medio elástico se la obliga a vibrar, las que la rodean vibran también, aunque con un cierto retraso frente a la primera. De éste modo la vibración inicial se propaga por el medio y se recibe en otros puntos dando lugar al movimiento ondulatorio. El punto del medio inicialmente en equilibrio en donde se origina la perturbación, recibe el nombre de foco.
Una onda es la propagación por el medio (y con el tiempo) de una perturbación producida en un punto del mismo inicialmente en equilibrio, al que llamamos foco.
A diferencia de lo que ocurre en el movimiento corpuscular, en el movimiento ondulatorio hay un transporte neto de energía y de cantidad de movimiento de un punto a otro del espacio sin que exista un transporte de materia, ya que las partículas del medio no se desplazan, sino que oscilan alrededor de su posición de equilibrio, reproduciendo la vibración original del punto inicialmente perturbado. Por otra parte la inmensa mayoría de la información que percibimos de nuestro entorno nos llega a través de ondas electromagnéticas y ondas sonoras.

® Ejercicio 1 ¿Qué entiendes por movimiento ondulatorio? ¿Qué es lo que se propaga en un movimiento ondulatorio?



1.1.- Pulso y tren de ondas:
Cuando se sacude bruscamente una cuerda tensa, el pulso producido se propaga a través de ella con una cierta velocidad. Si el movimiento de la cuerda se repite varias veces, en la cuerda se van generando sucesivos pulsos; entonces en la cuerda se establece un tren de ondas.
2.- CLASES DE ONDAS
2.1.- Ondas planas y ondas esféricas. Frente de onda y rayo:
El frente de onda de un movimiento ondulatorio es el lugar geométrico de los puntos del medio que son afectados por la perturbación en el mismo instante. Para un foco puntual emisor de ondas que se propagan por un medio con la misma velocidad en todas direcciones (medio isótropo), los frentes de onda son esferas concéntricas. A grandes distancias del foco emisor, las ondas esféricas pueden considerarse como ondas planas.

En la superficie de un líquido en reposo se pueden observar frentes de onda circulares cuando por ejemplo cae una gota de líquido en la superficie o golpeamos la superficie del líquido periódicamente con un punzón. Si se golpea perpendicularmente la superficie del líquido, por ejemplo con una regla, surgen frente de ondas planos.


Un rayo es una línea perpendicular a los frentes de onda e indica la dirección de propagación del movimiento ondulatorio. En las ondas planas los rayos son rectas paralelas.
® Ejercicio 2

Define frente de onda y rayo.
2.2.- Ondas mecánicas y ondas electromagnéticas:
Las ondas mecánicas como el sonido o las producidas en el agua necesitan un medio material elástico para propagarse.

Las ondas electromagnéticas (luz, ondas de radio y TV, microondas etc) además de propagarse en la materia también lo hacen en el vacío, en éstas no se propaga una vibración mecánica, sino la variación de la intensidad de un campo eléctrico y un campo magnético.


2.3.- Ondas longitudinales y ondas transversales:
Ondas longitudinales son aquellas en las que la dirección de la propagación y la de la perturbación son la misma. Como ejemplos tenemos: el sonido, la que se produce al comprimir y soltar un muelle, las sísmicas P. Se propagan en sólidos, líquidos y gases.

En las ondas transversales la dirección de la propagación es perpendicular a la de la perturbación. Como ejemplos tenemos: las producidas en una cuerda o en la superficie del agua, las ondas sísmicas S. Las ondas mecánicas transversales sólo se propagan en sólidos y por la superficie de líquidos.



Las ondas electromagnéticas son transversales.
® Ejercicio 3

Definir los conceptos de "onda longitudinal" y "onda transversal". Proponer un ejemplo de cada una e indicar las magnitudes físicas que se propagan. (Junio-1999)

® Ejercicio 4


Explicar la diferencia entre ondas longitudinales y ondas transversales. Proponer un ejemplo de cada una de ellas. (Junio-2001)(Junio 2012)
3.- MAGNITUDES NECESARIAS PARA CARACTERIZAR A UNA ONDA
Longitud de onda (m) : Es la distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en el mismo estado de vibración.
Período T (s): Es el tiempo que tarda un punto del medio en realizar una oscilación completa. También se puede definir como el tiempo que la perturbación tarda en propagarse una distancia igual a la longitud de onda.
Frecuencia f (Hz): Es la inversa del período, se mide en Herzios (Hz) o (s –1).
Frecuencia angular o pulsación (rad/s): Podemos calcularla como 2 /T.
Velocidad de propagación v (m /s): Es la distancia recorrida por una onda en la unidad de tiempo. Como en un tiempo igual al período la distancia recorrida es la longitud de onda, la relación entre estas magnitudes es:

La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío se representa por c3·10 8 m /s.
En las ondas mecánicas la velocidad depende de las condiciones del medio, ejemplos:

Ondas transversales en una cuerda

en donde F = tensión de la cuerda y  =densidad lineal ( masa cuerda / longitud = m /L).
Sonido en el aire seco:
en donde R = constante de los gases 8,31 J/Kmol, T= temperatura absoluta K

y M= masa molar del aire seco 28,9 g /mol. A 0 ºC v = 331 m /s.
Sonido en sólidos: En el hierro a 20 ºC v = 5000 m /s.
Velocidad de vibración : Es la velocidad del movimiento de una partícula del medio entorno a su posición de equilibrio. Indica la velocidad del movimiento vibratorio.



Amplitud A (m): Es la separación máxima de un punto del medio respecto a su posición de equilibrio. Coincide con la amplitud del movimiento armónico simple que origina la perturbación.

Número de ondas k (rad /m): Es el cociente k = 2 / , y representa las ondas que caben en una longitud igual a 2 metros en el medio de propagación.
® Ejercicio 5

Al producir ondas circulares en el agua dejando gotear un líquido en una cubeta de ondas, observamos que la distancia entre dos crestas consecutivas es de 4 cm y que por un punto pasan 30 crestas cada minuto; con estos datos determina la rapidez de propagación de este movimiento ondulatorio. S: 0,02 m/s
® Ejercicio 6

La frecuencia de una emisora de radio es de 96,9 MHz: Calcula la longitud de onda de las ondas electromagnéticas que emite. c = 3x10 8 m/s S: 3,1m



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