Ondas

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ONDAS
1.MOVIMIENTO VIBRATORIO ARMÓNICO SIMPLE
Dra Mariana G. Vensaus
PPT didáctico resumen
Temas de Biofísica de Parisi/Fundamentos de Física I Buecher Jerde/Física para las Ciencias de la Vida Cromer/compilado varios
Material para uso didáctico y educativo. Prohibida su comercialización y/o reproducción parcial o total, por cualquier medio. Reservo derechos por uso indebido del mismo.
Un cuerpo tiene movimiento vibratorio armónico simple, si en intervalos de tiempo iguales, pasa por el mismo punto del espacio, siempre con las mismas características de posición velocidad y aceleración
Algunas características de una onda:
□ Cresta: posición más alta con respecto a la posición de equilibrio
□ Valle : posición más baja con respecto a la posición de equilibrio
□ Amplitud: máximo alejamiento de la onda con respecto a la posición de equilibrio
□ Longitud de onda: distancia que hay entre dos crestas o dos valles
□ Período: tiempo transcurrido entre dos ondas consecutivas
□ Periodicidad: se refiere al movimiento que se repite una y otra vez
□ Frecuencia El número de ondas emitidas en cada segundo
Longitud de onda
cresta
amplitud
valle
Posición de equilibrio
Clasificación:
1. Las ondas mecánicas sólo pueden presentarse en un medio material: el movimiento de una cuerda, el sonido; el oleaje del mar, etc
2. Las ondas electromagnéticas, en cambio, pueden presentarse en un medio material o en ausencia de él. Ejemplo de este tipo de ondas son la luz y la radiación solar.
De acuerdo con el modo que se propagan son:
a) transversales: el movimiento de las partículas que transporta la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, al hacer vibrar una cuerda tensa.
b) longitudinales:el movimiento de las partículas que transporta la onda sucede en la misma dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, el sonido.
Ondas Sinusoidales
Características
Longitud de onda λ: distancia entre dos máximos
Frecuencia ν: numero de oscilaciones por unidad de tiempo
Velocidad
v = ν. λ
OSCILACIONES AMORTIGUADAS
Fenómenos que ocurren con las ondas.
1 Reflexión
2 Refracción
3 Dispersión
4 Transmisión
5 Difracción
6 Interferencia
Tener en cuenta
La densidad de los medios materiales.
	Ej: El aire es menos denso que el agua. El acero es más denso que el concreto.
	El vacío, a diferencia de aquéllos, no tiene densidad, pues no tiene materia.
1 Reflexión
La onda se propaga en un medio y se encuentra con otro medio más denso, produciendo un "rebote“, o sea la onda se refleja.
Cuando la onda va camino a un lugar, se dice que es una onda incidente.
Cuando se devuelve, decimos que es una
onda reflejada.
2 Transmisión
Cuando una parte de la onda se refleje y otra parte continúe el recorrido en el otro medio.
3 Refracción
Está relacionada con la transmisión.
Cuando una onda pasa de un medio a otro, en la mayoría de los casos cambia la dirección de propagación.
4 Difracción
Se observa cuando se distorsiona una onda por un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a la longitud de la misma.
La abertura se comporta como un nuevo origen de la onda.
5 Dispersión
La dispersión ocurre cuando un frente de onda se refleja en un obstáculo en todas direcciones.
6 Interferencia
Cuando una onda incidente o reflejada se mezcla con otra onda, incidente o reflejada
constructiva , las ondas están	en fase.
destructiva , las dos ondas se atenúan.
ONDAS
2 .SONIDO
SONIDO
Es una onda mecánica , es la perturbación que pasa de molécula a molécula. Es longitudinal con respecto al avance de la onda.
Cada molécula ejecuta, al ser alcanzada por la perturbación, un movimiento oscilatorio armónico alrededor de su punto de equilibrio.
La perturbación que hace oscilar a las moléculas alrededor de su punto de reposo viaja con velocidad constante.
La distancia de la molécula con respecto al punto de equilibrio se llama elongación
(e) y esta dada a cada instante por:
e = A	. sen ( W.t + ξ)
(A) amplitud o elongación máxima alcanzable
( W)= 2.π. f ( siendo f la frecuencia expresada en Hertz
(t) tiempo
( ξ)ángulo de desfasaje entre ondas
T=l/f
T es el Período ( medida de tiempo)
l es la longitud de onda ( medida de espacio) λ
f es la frecuencia
El tiempo necesario para que la perturbación recorra la distancia (λ) es igual al periodo T.
En general la velocidad con que viaja una onda depende del medio y las condiciones físicas a que se encuentre sometido.
Para medir la velocidad del sonido (Vs) basta medir el tiempo (t) que demora en recorrer cierta distancia (d) y calcular:
Se incrementa 0,6 m/s cada 1 °C de aumento de la temperatura
ARMONICOS
la frecuencia característica fundamental viene acompañada de un conjunto de armónicos (múltiplos enteros de la frecuencia característica,) que se superponen a ella.
Primer modo normal (fundamental)	Segundo modo normal (2º armónico) Tercer modo normal (3º armónico)
L= λ
L=3 λ /2
INTENSIDAD
Es proporcional al cuadrado de la frecuencia y a la densidad del medio y
disminuye en forma proporcional al
cuadrado de la distancia de la fuente de emisión.
ALTURA O TONO:
Esta depende de la frecuencia de la vibración, frecuencias altas corresponden a tonos agudos, la frecuencias bajas a tonos graves
Voz humana: frecuencia de un bajo 80-30 Hz, barítono 130-520 Hz, tenor 170-680 Hz y soprano 240-1020 Hz
TIMBRE:
Es una onda raramente pura y esta acompañada de otras armónicas y es lo que permite diferenciar dos sonidos de igual altura e intensidad producidos por dos instrumentos musicales.
RESONANCIA
Cuando la frecuencia del sonido es similar a la frecuencia fundamental de emisión del cuerpo la transferencia de energía es máxima el cuerpo resuena.
Cuando las frecuencias son muy diferentes del cuerpo alcanzado no resuena.
La capacidad de emitir sonido depende de la estructura molecular.
PRESIÓN ACÚSTICA:
La energía acústica contenida en un cilindro de la unidad de sección y de una longitud igual a la distancia recorrida por la onda en la unidad del tiempo será	I=Joule/ (m2/s)
pero como J/s=Watt tenemos
I=Watt.m2
DECIBELES
ULTRASONIDOS
Las ondas ultrasónicas son vibraciones sónicas que superan los 20000Hz.
El transductor piezoeléctrico transforma la energía eléctrica en vibraciones mecánicas produciendo ondas de presión acústica
CAVITACION: en los líquidos se produce un efecto sonoquímico, son ciclos alternados de compresión y expansión generando presiones negativas que provocan "microburbujas”
REACCIONES QUÍMICAS
fragmentación de las moléculas (rotura de enlaces), generando especies más pequeñas (o radicales) que pueden, a su vez, causar reacciones secundarias.
Radicales, especialmente oxhidrilo, un oxidante muy fuerte y no específico
	Pueden convertir sustratos orgánicos de interés medioambiental (contaminantes) en compuestos orgánicos inocuos (dióxido de carbono; agua) o en compuestos mucho menos peligrosos que los originales.
La cavitación depende de muchos aspectos:
Frecuencia. A mayores frecuencias, la cavitación es menor.
Viscosidad. Cuanto más viscoso es un líquido, menor es el efecto de la cavitación.
Temperatura. Cuanto mayor es la temperatura, la cavitación tiene lugar para intensidades acústicas menores.
Presión externa. El aumento de este factor provoca una mayor violencia en la colisión de las burbujas.
Intensidad. En general, a mayor intensidad ultrasónica, mayor es el efecto de este fenómeno.
Existen varios campos de aplicación de los ultrasonidos en medicina y en cirugía :
Los ultrasonidos en diagnóstico de baja potencia y de alta frecuencia.
	Los ultrasonidos en fisioterapia de media potencia y de alta frecuencia.
Los ultrasonidos u ondas de choque destructoras de cálculos (litotricia).
Los ultrasonidos en cirugía de diferentes frecuenciaspero con una potencia concentrada en algunos milímetros cuadrados.
Los ultrasonidos en fisioterapia
Se utiliza el principio del micromasaje que permite una vasodilatación y una permeabilización de los tejidos nutridos por impregnación.
Transforma Gel en sol
Tiene una función bactericida
El calor liberado es un principio activo secundario.
ONDAS
3 aUDIcIÓN
Capacidad de detección y transducción de
las células, que se hallan en rampa coclear del oído interno, responden a las variaciones periódicas de PRESIÓN que se manifiestan en la endolinfa
Propiedades de las vibraciones mecánicas
En un cilindro cerrado por ambos extremos con membranas elásticas, sobre una de estas se aplica cierta presión.
Se produce una condensación local de moléculas de aire, una perturbación mecánica del mismo a lo largo del tubo, bajo la forma de onda de presión que deformará la membrana opuesta
MECÁNICA DE LA AUDICIÓN:
El sonido hace vibrar la membrana timpánica, se transmite a la ventana oval por la cadena ósea situada en el oído medio. La palanca formada por los huesillos aumenta la fuerza de movimiento transmitido al tímpano en un 30%. Como la superficie de la membrana timpánica es 2 veces mas grande que la de la venta oval al presión transmitida aumenta 30 veces.
Frecuencia de resonancia del sistema de huesecillos 1200 c/s.
la vibración de la platina del estribo determina a través de la membrana oval los movimientos de liquido perilinfático de la rampa vestibular.
EL OÍDO INTERNO
formado por conducto en caracol o cóclea, dividido en 3 secciones longitudinales: rampas vestibular, media y timpánica.
Cuando la presión llega a la ventana oval, la onda sube por la rampa vestibular hasta el helicotrema y baja por la rampa timpánica hasta la ventana redonda.
Esta última se proyecta hasta el oído medio.
La estructura sensible del órgano de Corti esta situado en la rampa media allí se encuentran las células epiteliales sensibles. La vibración determina la curvatura de las cilias, el movimiento de ondulación de las cilias induce cambios periódicos en el potencial de membranas de las células receptoras.
EFECTOS DE LOS RUIDOS SOBRE LA AUDICIÓN
RUIDO-EFECTOS
Aparato circulatorio (aumento de la presión arterial, aumento del ritmo cardiaco,
vaso-constricción periférica).
	Aparato respiratorio (alteraciones del ritmo respiratorio).
	Aparato digestivo (inhibición de dichos órganos, trastornos de la digestión, ardores, dispepsias. etc.).
Alteraciones en el metabolismo.
	Aparato muscular (aumento de la tensión y de la fatiga).
	Sistema nervioso (trastornos de memoria, de atención, de reflejos, merma de las facultades intelectivas).
	Aspectos psicológicos (molestia, desagrado, nerviosismo, agresividad, etc.).
ONDAS
4. LUZ
Naturaleza cuántica de las radiaciones electromagnéticas
Cuantos o Fotones:
es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético y la velocidad del desplazamiento es la velocidad de la luz
Fenómenos de las ondas lumínicas
REFLEXION
1.El ángulo de reflexión es igual al de incidencia
El rayo reflejado, la normal y el incidente están en el mismo plano
Reflexión en superficies suaves: reflexión especular ( Es independiente del color )
Refracción
Cuando la luz pasa de un material a otro cambia de dirección
Depende de las propiedades ópticas de los dos medios
El índice de refracción define la velocidad de la luz en el medio
Transmisión:
Es la proporción de flujo radiante que atraviesa el medio y depende del fenómeno de absorción, y de la reflexión.
Dispersión:
Se refiere a una proporción del flujo radiante que “se entretiene” dentro del tejido.
Repercusiones:
A)aumento de la reflexión,
B) incremento de la absorción y
C) distribución de la luz más isotrópica en la región distal a la superficie.
Absorción:
Es la cantidad de energía que se dona al tejido y que va a desencadenar un efecto biológico y por ende un efecto terapéutico.
Comportamiento óptico de los tejidos biológicos:
Cuando se irradian estructuras como los tejidos, se producen conjuntamente absorción y dispersión en el seno de éstos.
En la absorción existe la importancia de un factor adicional: la presencia de determinados pigmentos, elementos cromóforos, como la melanina, hemoglobina, mioglobina, etc.
Luz espectro visible
Luz: son las radiaciones electromagnéticas detectables por el ojo humano, con longitudes de onda entre 400 y 780nm
Fuera del espectro visible se encuentra la emisión ultravioleta ( - de 400nm) y la infrarroja (+ 780nm)
Luz monocromática, blanca y polarizada
Monocromática: Cuando todos los fotones que componen un haz, poseen la misma longitud de onda
Blanca: Es la mezcla de diferentes longitudes de onda del espectro visible
Polarizada: Cuando los fotones oscilan en un solo plano
Luz coherente
En la luz blanca corriente:
hay diversidad de longitudes de onda
Diversidad de planos de oscilación
Desfasaje de la posición de los diversos fotones ( en distintas posiciones en su mov. Oscilatorio)
Luz coherente: cuando todos los fotones oscilan simultaneamente (es la base del rayo laser)
Efectos biológicos
Los órganos que pueden resultar dañados en una exposición a radiación láser son los ojos y la piel.
La gravedad de la lesión dependerá de la longitud de onda del láser y del nivel de exposición alcanzado, que es función de la potencia o energía del láser y del tiempo de exposición.
Láser
En cirugía: Como bisturí	por ej: en oftalmología: usado para desprendimientos o desgarros retinianos
	En fisioterapia: biorregulación o bioestimulación, los cuales se dividen en efectos directos e indirectos, que provocan los efectos terapéuticos regionales y generales.
EFECTOS PRIMARIOS o DIRECTOS
Efecto fotoquímico (bioquímico)
Efecto fotoeléctrico (bioeléctrico).
Efecto fototérmico (bioenergético).
EFECTOS INDIRECTOS
LOCALES, REGIONALES, GENERALES
Estímulo de la microcirculación.
Estímulo del trofismo celular.
Efectos fotobiológicos en profundidad (comportamiento bioquímico que se denota tras la absorción de energía):
Aumenta ATP intracelular.
Aumenta la bomba Na/K.
	Normalización del potencial de membrana celular
Aumenta número de mitosis.
Regeneración celular.
Reabsorción del edema ciculatorio.
Aumento de la microcirculación.
Aumento del sistema fagocitario.
El láser actúa como un normalizante celular.
RADIACION ULTRAVIOLETA
Efectos fisiológicos:
1 )	Efectos bactericidas.
2)	Efectos cutáneos:
Eritema
La pigmentación.
3 ) Efectos cutáneos con repercusión metabólica:
Acción sobre el metabolismo de la vitamina D.
Aumento de la absorción intestinal de calcio y fósforo.
Aumento del cociente respiratorio.
Aumento del metabolismo proteico y la excreción de Ac. Urico.
	Disminución del glucógeno hepático y muscular, así como la glucemia.
Estímulo de la glándula tiroides e inhibición de la glándula paratiroides.
Aumento de la acidez del jugo gástrico.
RADIACION INFRARROJA
Los emisores luminosos son lámparas especiales, constituidas por filamentos de tungsteno
Su radiación alcanza unos niveles de profundidad entre 5 y 10 mm bajo la piel.
Efectos fisiológicos:
• Eritema
• Presión arterial,
• Efecto antinflamatorio
• sudación
• Relajación
• Sedación
ONDAS
5. VISION
Información
Circula en el organismo especialmente como:
1) Mensajeros químicos
2) Señales eléctricas
Además encontramos sistemas de transducción y amplificación de la información: los órganos de los sentidos
Etapas del fenómeno visual
Refracción de la luz y formación de imagen sobre la retina
Proceso fotoquímico (Transformación de energía lumínica en química ) que se transforma luego en impulsos nerviosos
Proceso psicofísicos de la visión (Integración e interpretación de la información, en forma , color y dimensión)
Transducción de la señal luminosa:
el colores una sensación psicofísica que sabemos asociada a la longitud de onda de la luz que llega a la retina.
Los bastones son los responsables de la denominada visión en la penumbra, solo áreas de luz y oscuridad ( visión escotopica).
Los conos son elementos responsables de la visión a plena luz y de percepción de los colores. Existen pigmentos sensibles a los distintos colores
Los conos son ricos en sustancias pigmentadas, la rodopsina, macromolécula que forma parte de un pigmento el retineno, con una proteína la escotopsina.
	Cuando la luz es absorbida por la rodopsina se descompone la molécula produciendo la transformación del retineno de su forma cis en trans.
El nuevo producto lumirodopsina es inestable y se transforma en metarodopsina (combinación floja de retineno y escotopsina), igualmente inestable, se descompone hasta la completa separación de la escotopsina del trans-retineno, por los tanto los conos son excitados y la información parte al sistema nervioso central.
ONDAS
C. O4TIGA