ACA No 1 - JOHNY TORRES - 56613

Vista previa del material en texto

Ondas y Electromagnetismo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Johny Fernando Torres Collazos 
 Ficha: 56613/22V06 
Profesora: Ingrid Diaz 
Corporación Unificada Nacional de Educación Superior 
Ingeniería de Sistemas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diciembre 11 2022 
 
8. ¿Cuáles son los fenómenos ondulatorios? 
REFLEXIÓN: 
Si una onda incide sobre un cuerpo que obstaculiza su propagación, se refleja, esto 
significa que vuelve al medio en el cual se propaga. Como la onda transporta energía, cierta 
cantidad de esta energía es absorbida por el cuerpo sobre el cual incide, y otra parte de 
energía vuelve como una onda de igual frecuencia y velocidad; cuando la luz llega por 
ejemplo a un espejo, se refleja y cambia su dirección al incidir sobre la superficie del 
espejo, transfiriendo al mismo medio gran parte de la energía que transporta. Del mismo 
modo, el sonido puede reflejarse cuando incide sobre un obstáculo que impide su 
propagación. El eco es un ejemplo característico de esta propiedad. 
 
REFRACCIÓN 
Esta produce cuando una onda llega a una superficie que separa dos medios de 
propagación distintos. Parte de la energía vuelve al medio por el que se propagaba y el 
resto pasa al otro medio. La onda refractada mantiene su frecuencia porque es una 
característica de la fuente de emisión de la onda, pero varía su velocidad de propagación, 
ya que los medios son diferentes. Al variar su velocidad de propagación, también varía su 
longitud de onda. El ángulo de desviación o de refracción formado por la dirección en que 
se propaga la onda incidente y una recta perpendicular a la superficie de separación en el 
punto de incidencia, depende de las características de los medios de propagación. 
Por ejemplo, una onda luminosa que llega desde el aire sufre mayor desviación en 
el vidrio que en el agua. 
 
 
Experimentalmente se comprueban las siguientes leyes de la refracción: 
Ley de Snell 
La dirección de propagación de la onda incidente, de la onda reflejada y la 
recta normal a la superficie en el punto de contacto, están en el mismo plano. A la 
hora de ilustrar el comportamiento de las ondas de forma simple, se utilizan los 
llamados diagramas de rayos. El siguiente diagrama nos muestra las 
características fundamentales de la reflexión de las ondas y nos ayuda a distinguir 
la normal, el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción (se ncluye también 
el rayo reflejado). 
 
La normal (n) es la línea perpendicular a la superficie que refleja en el 
punto de incidencia. 
Ángulo de incidencia (theta 1 ) es el ángulo formado por la normal y el 
rayo incidente. 
Ángulo de refracción ( theta 2) es el formado por la normal y el rayo 
transmitido. 
La ley de Snell de la refracción dice: 
Angulo de incidencia = Angulo de reflexión 
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2f/Ley_de_Snell_%28es%29.svg/243px-Ley_de_Snell_%28es%29.svg.png
 
De la ley de Snell se deduce que cuando la onda accede a un medio por el 
que se propaga más despacio, el ángulo de refracción es menor que el de incidencia 
(la dirección de propagación se acerca a la normal). En caso contrario, el ángulo de 
refracción es mayor que el de incidencia (la dirección de propagación se aleja de la 
normal). 
 
INTERFERENCIA 
Cuando dos cuerpos chocan, intercambian cantidad de movimiento y energía y, en 
general, la dirección del movimiento de los cuerpos cambia después del choque. Podemos 
preguntarnos, ¿qué ocurre al encontrarse, en el mismo punto, dos ondas, generadas por 
focos distintos, que se propagan por el mismo medio? Al encuentro en un punto del espacio 
de dos o más movimientos ondulatorios que se propagan por el mismo medio se le 
llama interferencia. En 1753, Daniel Bernoulli (1700-1782), investigando la 
propagación del sonido, se percató de que cuatro personas pueden mantener dos 
conversaciones distintas aunque éstas sean cruzadas. También observó que después de 
golpear un diapasón y girarlo en las proximidades del oído hay posiciones en las que el 
sonido es más intenso y otras en las que prácticamente no se oye. El resultado de sus 
investigaciones queda plasmado en el principio de superposición enunciado por él 
mismo. Según este principio: el punto de encuentro de dos o más movimientos ondulatorios 
está sometido a tantos movimientos vibratorios armónicos simples como movimientos 
ondulatorios interfieran y la perturbación resultante es la suma de las perturbaciones que 
produciría cada movimiento por separado. 
 
La elongación a la que está sometido un punto es igual a la suma vectorial de las 
elongaciones producidas por cada movimiento por separado. Y, tras la coincidencia, los 
pulsos vuelven a conservar su forma original como si no hubiera pasado nada. Esta 
propiedad, de conservar su forma después del cruce, es característica del movimiento 
ondulatorio, a diferencia, por ejemplo, del choque de dos cuerpos en movimiento, en el 
que hay un intercambio de cantidad de movimiento. 
 
Cuando la perturbación resultante supone un refuerzo, se dice que la interferencia 
es constructiva, y si la perturbación resultante es menor que las originales, 
la interferencia es destructiva. Uno u otro efecto depende de la diferencia de fase con que 
lleguen las ondas al punto de interferencia. El caso más importante es cuando las ondas 
que interfieren son coherentes, es decir, cuando tienen las mismas características: la 
misma amplitud, la misma frecuencia y la misma longitud de onda. Solamente difieren en 
la fase. La elongación a la que está sometido un punto es igual a la suma vectorial de las 
elongaciones producidas por cada movimiento por separado. Y, tras la coincidencia, los 
pulsos vuelven a conservar su forma original como si no hubiera pasado nada. Esta 
propiedad, de conservar su forma después del cruce, es característica del movimiento 
https://sites.google.com/a/tecsup.edu.pe/fisica-basica/0-5-fenomeno-de-las-ondas/c-interferencias/ond_interf.JPG?attredirects=0
 
ondulatorio, a diferencia, por ejemplo, del choque de dos cuerpos en movimiento, en el que 
hay un intercambio de cantidad de movimiento. 
 
DIFRACCIÓN 
Cuando una onda llega a una ranura o un obstáculo de tamaño comparable con su 
longitud de onda, se produce un fenómeno denominado difracción que consiste en la 
desviación de la onda como si el obstáculo emitiese una onda esférica. Si la longitud de 
onda es comparable con el tamaño del obstáculo, el efecto de la difracción es muy notable. 
La onda se desvía y de esa manera lleva energía a lugares que serían inaccesibles para la 
onda si no hubiese difracción. Por ejemplo, si se trata de ondas luminosas que llegan a un 
obstáculo pequeño, como un cabello, la propagación rectilínea de la luz prevé sombras 
detrás de éste. La difracción hace que la luz dé una sombra difusa y regiones iluminadas a 
su alrededor. Si las dimensiones del obstáculo o de la ranura son mucho más grandes que 
la longitud de onda, no se observará tal difracción, por lo cual los bordes del objeto 
formarán sombras bien definidas. En el campo de las comunicaciones, las señales de radio 
de grandes longitudes de onda se utilizan para mejorar el alcance, ya que pueden difractarse 
al pasar por edificios cuyas dimensiones son pequeñas comparadas con las longitudes de 
estas ondas. 
 
 
POLARIZACIÓN 
Es un fenómeno característico de ondas transversales en las que la dirección de 
propagación es perpendicular al plano en el que vibran las partículas del medio. La 
polarización consiste en aislar una sola de las direcciones de vibración. 
 
 
 2. Explique las características principales de los movimientos ondulatorios. 
Velocidad: Es el espacio longitudinal recorrido por la onda en cada unidad de 
tiempo, esta depende del tipo de onda de que se trate y del medio de propagación. 
Periodo: Es el tiempo que tarda una partícula en efectuar una oscilación 
completa. Se representapor T. El periodo de un movimiento ondulatorio responde a la 
misma idea que el periodo de un movimiento armónico, de conformidad con la relación 
existente entre ambos movimientos. 
 
http://1.bp.blogspot.com/-Uxd9pd7O5Y8/URPa1_IhGzI/AAAAAAAACag/pNlPCJ1MnSo/s1600/polarizacion3.PNG
 
Longitud de onda: Es la distancia a que se propaga una onda en el transcurso de 
un periodo. Es igual a la distancia entre dos puntos consecutivos situados en el medio de 
propagación que tengan la misma posición y la misma dirección (fase). Los puntos 
situados a una distancia λ y en la dirección de propagación se hallan en concordancia de 
fase. Puesto que las ondas se mueven con velocidad constante, la longitud de onda, la 
velocidad y el periodo se pueden relacionar sólo con sustituir los valores: 
La unidad de frecuencia que se utiliza para medirlo es el Hertz. Este se representa 
mediante Hz y viene a equivaler a un ciclo por segundo. Para poder analizar a fondo al 
movimiento que nos ocupa también es fundamental tener en cuenta otros criterios tales 
como la elongación o el nodo. Es posible distinguir diversos elementos en la onda del 
movimiento ondulatorio. Se puede hablar, en este sentido, de amplitud (la distancia entre 
el punto de máxima elongación y el punto medio de la onda), cresta (el punto de máxima 
de elongación), valle (el punto más bajo), período (el tiempo que tarda una onda en pasar 
de un punto de máxima amplitud al siguiente), frecuencia (el número de veces que la 
vibración se produce por unidad de tiempo) o longitud de onda (la distancia que existe 
entre el mismo punto de dos ondulaciones consecutivas). 
 
 
 
 3. investiga los principales instrumentos ópticos. 
El ojo, es el instrumento óptico mediante el cual los seres humanos percibimos las 
imágenes de los objetos que nos rodean. Pero desde siempre, el ser humano ha tenido la 
curiosidad de ver los objetos lejanos y pequeños más grandes y más cercanos. Para satisfacer esta 
curiosidad, el hombre se ha valido de instrumentos ópticos a lo largo de toda la historia. Así 
pues, en los restos de antiguas tumbas egipcias han aparecido restos de espejos metálicos que 
probablemente, servían para desviar los rayos del sol. Se sabe que 3000 años a. C., en 
Mesopotamia se hacían lentes plano-convexas y biconvexas y algunas de ellas se conservan en 
museos como el de Berlín. Los primeros instrumentos ópticos fueron los telescopios, utilizados 
para la magnificación de imágenes distantes, y los microscopios, utilizados para magnificar 
imágenes muy pequeñas. En la actualidad, los instrumentos ópticos están constituidos por 
diversas clases de lentes, prismas y/o espejos, que aprovechan las propiedades de la luz. Entre 
ellos se pueden mencionar: la lupa, los prismáticos, el catalejo, el anteojo astronómico, la cámara 
fotográfica, el microscopio compuesto, el proyector de diapositivas, el periscopio, el 
retroproyector, el telescopio, etc. 
La flexibilidad es el tema clave en la tecnología de multisensores. La flexibilidad en el 
mundo de la metrología significa tener la libertad de elegir entre medición por contacto y 
medición óptica, con sólo un sistema de medición. Por lo tanto, un único sistema es suficiente 
para la medición por contacto y la medición óptica de todas las características de inspección en 
una pieza de trabajo. 
 
http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/instrumentos_opticos/instrumentos.html
 
Para la medición de materiales sensibles al tacto, la solución ideal son los sistemas de 
medición óptica. Estos sistemas miden de forma no destructiva y con precisión. Gracias al 
versátil rango de sistemas de medición ópticos disponemos de la solución correcta para cada 
tarea de medición. 
 
Equipos de medición a través de óptica física. 
 Espejo: Dispositivo óptico, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida, que 
forma imágenes mediante la reflexión de los rayos de luz. Además de su uso habitual en el 
hogar, los espejos se emplean en aparatos científicos; por ejemplo, son componentes importantes 
de los microscopios y los telescopios. 
 Prisma (Óptica): Bloque de vidrio u otro material transparente que tiene la misma 
sección transversal (generalmente un triángulo) en toda su longitud. Los dos tipos de prisma más 
frecuentes tienen secciones transversales triangulares con ángulos de 60 o de 45º. Los prismas 
tienen diversos efectos sobre la luz que pasa a través de ellos. 
Cuando se dirige un rayo de luz hacia un prisma, sus componentes de distintos colores 
son refractados (desviados) en diferente medida al pasar a través de cada superficie, con lo que 
se produce una banda coloreada de luz denominada espectro. Este fenómeno se conoce como 
dispersión cromática, y se debe al hecho de que los diferentes colores de la luz tienen distintas 
longitudes de onda, y son más o menos frenados al pasar a través del vidrio: la luz roja es la que 
resulta menos frenada, y la violeta la que más. 
https://todoingenieriaindustrial.files.wordpress.com/2012/10/110.png
 
 
Fibra Óptica: Fibra o varilla de vidrio u otro material transparente con un índice de 
refracción alto que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de 
la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada. El principio 
en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por 
el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el 
ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la 
luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por 
dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está 
recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se 
producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento. La aplicación más 
sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de 
otro modo. También pueden emplearse para transmitir imágenes, cada punto de la imagen 
proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye 
la imagen, que puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza 
mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar 
cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos 
de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones. Las fibras ópticas también se 
emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su 
potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de 
las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de 
sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. 
 
 
Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían 
hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso. También se han 
desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales. 
La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz tienen 
una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la 
frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. 
 
Microscopio: Cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para 
obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos. 
El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de la luz visible para 
crear una imagen aumentada del objeto. 
 
Esquemade un microscopio óptico 
 El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal 
corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Algunos microscopios ópticos 
pueden aumentar un objeto por encima de las 2000 veces. El microscopio compuesto consiste en 
dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un tubo 
cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que crean una imagen real aumentada del 
https://todoingenieriaindustrial.files.wordpress.com/2012/10/28.png
 
objeto examinado. Las lentes de los microscopios están dispuestas de forma que el objetivo se 
encuentre en el punto focal del ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen 
virtual aumentada de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las distancias 
focales de los dos sistemas de lentes. 
 
Microscopio compuesto. 
 
 Telescopio: Es un instrumento óptico empleado para observar objetos muy grandes que 
se encuentran a muy lejanas distancias como por ejemplo estrellas, cometas, planetas, entre 
otros. 
 
https://todoingenieriaindustrial.files.wordpress.com/2012/10/38.png
https://todoingenieriaindustrial.files.wordpress.com/2012/10/4.gif
 
Cristal: Porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida y 
con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente dispuestas. Los 
cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido; esta formación puede 
resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia disuelta o la condensación directa 
de un gas en un sólido. Los ángulos entre las caras correspondientes de dos cristales de la misma 
sustancia son siempre idénticos, con independencia del tamaño o de la diferencia de forma 
superficial. 
 
Interferómetro: Instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida 
ultra precisa de longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas y de determinados 
fenómenos ópticos. Existen muchos tipos de interferómetros, pero en todos ellos hay dos haces 
de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas determinadas por un sistema de espejos y 
placas que finalmente se unen para formar franjas de interferencia. Para medir la longitud de 
onda de una luz monocromática se utiliza un interferómetro dispuesto de tal forma que un espejo 
situado en la trayectoria de uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia pequeña que 
puede medirse con precisión y varía así la trayectoria óptica del haz. Cuando se desplaza el 
espejo una distancia igual a la mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo 
completo de cambios en las franjas de interferencia. La longitud de onda se calcula midiendo el 
número de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una distancia determinada. 
 
https://todoingenieriaindustrial.files.wordpress.com/2012/10/56.jpg
 
Red De Difracción: Dispositivo óptico empleado para separar las distintas longitudes de 
onda (colores) que contiene un haz de luz. El dispositivo suele estar formado por una superficie 
reflectante sobre la que se han trazado miles de surcos paralelos muy finos. 
 
Un CD-ROM es una red de difracción 
 Un CD-ROM crea un patrón de difracción por reflexión. Por su construcción tiene 
similitudes con las redes de difracción. En la foto se pueden apreciar los dos primeros órdenes de 
difracción. 
 
Espectroheliógrafo: Elemento importante del equipo utilizado en astronomía para 
fotografiar las protuberancias del Sol, como la fotosfera (la capa interior de gases calientes más 
cercana a la superficie del Sol) y la cromosfera (la capa exterior más fría). El espectroheliógrafo, 
junto con un telescopio, fotografía el Sol en luz monocromática (con una única longitud de 
onda). 
 
https://todoingenieriaindustrial.files.wordpress.com/2012/10/65.jpg
 
Bibliografía 
3.5.- INSTRUMENTOS ÓPTICOS. (2012, octubre 27). Recuperado el 12 de diciembre de 
2022, de TODO INGENIERIA INDUSTRIAL website: 
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/ pticos os-y-
normalizacion/3-5-instrumentos-opticos/ 
8.4 FENÓMENOS ONDULATORIOS – Ciencias Básicas Aplicadas. (s/f). Recuperado el 
12 de diciembre de 2022, de Google.com website: 
https://sites.google.com/site/fisicabasicaparaprincipiantes/torque-o-momento-
de-una-fuerza/8-4-fenomenos-ondulatorios 
Bertoldo, L. (2019). Fenomenos Ondulatorios. Independently Published. 
Características del movimiento ondulatorio. (2012, febrero 6). Recuperado el 12 de 
diciembre de 2022, de Educación para la vida website: https://si-
educa.net/intermedio/ficha30.html 
Historia y Evolución de los Instrumentos Ópticos timeline. (s/f). Recuperado el 12 de 
diciembre de 2022, de Timetoast timelines website: 
https://www.timetoast.com/timelines/historia-y-evolucion-de-los-instrumentos-
opticos-550012de-2985-4c12-b546-88bab96e3542 
Los instumentos �pticos. (s/f). Recuperado el 12 de diciembre de 2022, de 
Educacion.es website: 
http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/instrumento
s_opticos/instrumentos.html 
https://todoingenieriaindustrial/
https://sites/
https://si/
https://www/
http://recursostic/
 
LABORATORIO VIRTUAL 
PRÁCTICA 1. AGUA: Realiza el experimento cambiando la frecuencia, 
amplitud y tiempo en la caída de las gotas, utiliza las herramientas que consideres 
pertinentes para las mediciones, registrar mínimo 6 datos de experimento, escribe 2 
conclusiones sobre el experimento. (anexar pantallazos del laboratorio virtual). 
 
 
 
 
 
 
 
La longitud más larga se obtiene con la frecuencia mínima. Al manipular la tensión en el 
simulador pude notar que a medida que la tensión de la onda sea mayor su longitud va a ser 
menor cada vez, y su rapidez va a aumentar al igual que el número de oscilaciones. También 
cuando mantuve constate la frecuencia y la amplitud y La amortiguación poca, la energía de la 
onda era inestable, y sus oscilaciones variables al igual que su longitud, Al tener mucha 
amortiguación y constante la amplitud y la frecuencia, la energía de la onda se vuelve nula, y así 
la onda no generaba oscilaciones. Cuando se cambia la frecuencia y se tener la amplitud 
constante y con poca amortiguación, la energía y la longitud de la onda se vuelve inestable. Al 
cambiar la amplitud y dejar la frecuencia constante y mayor amortiguación la energía de la onda 
es nula. El tamaño de la onda cambiaba directamente proporcional con la disminución de la 
frecuencia y el aumento de la amplitud. 
 
 
PRÁCTICA 2 SONIDO: 
Desarrolla el experimento cambiando la frecuencia, amplitud y tiempo en el que se emite 
la onda sonora, utiliza las herramientas que consideres pertinentes para las mediciones, registrar 
mínimo 6 datos de experimento, escribe 2 conclusiones sobre el experimento. (anexar pantallazos 
del laboratorio virtual). 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁCTICA 3. LUZ: 
Desarrolla el experimento cambiando la frecuencia en el espectro, amplitud y 
tiempo en el que se emite la onda lumínica, utiliza las herramientas que consideres 
pertinentes para las mediciones, registrar mínimo 6 datos de experimento, escribe 2 
conclusiones sobre el experimento. (anexar pantallazos del laboratorio virtual).