Ondas mecánicas I

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ONDAS MECÁNICAS I
FÍSICA
OBJETIVOS
 Estudiar la onda mecánica y su propagación.
 Conocer los diferentes tipos de onda, sus características,
sus propiedades y sus ecuaciones básicas.
 Aplicar las propiedades y ecuaciones de las ondas
mecánicas en diversas situaciones.
Estamos rodeados de 
ondas entre ellas el 
sonido , la luz, las ondas 
de radio, las olas del mar, 
los sismos, al agitar una 
cuerda de guitarra. En 
todas ellas existe algo de 
común es el movimiento 
oscilatorio
¿Cómo se forman las olas?
¿Cómo llegan las vibraciones de un 
terremoto a las casas?
¿Cómo llega el sonido desde el 
parlante hasta nuestros oídos?
¿ QUÉ ES UNA ONDA MECÁNICA ?
Para entender que es una onda mecánica veamos que ocurre cuando un objeto impacta en un líquido en reposo.
Se observa inicialmente que las
partículas de agua se encuentran en
equilibrio.
El objeto impacta sobre algunas
partículas del agua y las perturba
(altera su estado inicial).
Esta perturbación se transmite de
partícula en partícula, haciendo que
éstas oscilen. !Entonces se ha
generado una onda!
Entonces podemos decir que:
Una onda mecánica es una
perturbación que se
propaga en toda la
extensión de un medio ya
sea sólido, líquido o gas
provocando que este oscile.
MEDIO SÓLIDO
SISMO
MEDIO GASEOSO
SONIDO EN EL AIRE 
Propiedades de la ondas mecánicas
Veamos los siguientes casos
1. Las ondas mecánicas necesitan de un medio sustancial
(sólido, líquido o gas) para propagarse.
4. Las ondas mecánicas transportan energía y cantidad de
movimiento.
3. Las ondas mecánicas no transportan masa (en el
ejemplo los puntos solo suben y bajan).
2. Requieren alguna fuente que produzca la perturbación.
SONIDO: una persona, un parlante, etc.
OLAS: el viento, un objeto que cae a un liquido.
SISMO: choque de placas tectónicas.
Ejemplos
Dirección de propagación
Clasificación de ondas mecánicas
De acuerdo a cómo se relaciona la dirección de propagación de la onda con la dirección del movimiento de las partículas
tenemos:
𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛
Dirección 
de 
oscilación
Dirección 
de 
oscilación
Dirección de propagación
Ondas Transversales:
Otros ejemplos: las ondas en la superficie de un lago o en una cuerda.
Ondas Longitudinales:
Otros ejemplos: En el sonido, en el interior de la tierra cuando hay terremotos.
Son aquellas en las que, las partículas del medio oscilan en dirección perpendicular a la dirección de propagación.
Son aquellas en las que las partículas del medio oscilan en dirección paralela a la dirección de propagación.
ONDAS TRANSVERSALES ONDAS LONGITUDINALES
Las ondas transversales sólo pueden generarse en medios
sólidos, donde la rigidez de éstos permite el desarrollo de
fuerzas recuperadoras así como en la superficie de los
líquidos.
Las ondas longitudinales se pueden generar en cualquier medio
sustancial, ya que provocan contracciones y dilataciones ente las
partículas del medio.
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Simple_harmonic_motion_animation.gif
Elementos de una onda mecánica 
𝑻: Periodo (es el tiempo que emplea la onda en
recorrer una longitud de onda; y es el tiempo para
que una partícula del medio realice una oscilación ).
𝝀 : longitud de onda (es la distancia de separación
entre dos valles consecutivos o crestas
consecutivas.
𝑨: Amplitud (es el máximo alejamiento de las
partículas oscilantes respecto de la posición de
equilibrio)
𝒇 : Frecuencia de oscilación (se define como el
numero de oscilaciones por unidad de tiempo,
también es el inverso del periodo.)
𝑓 =
𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
𝑇/4
𝑇/4
𝑇/4
𝑇/4
Posición de 
equilibrio
𝑓 =
1
𝑇
𝑥(𝑚)
Y (𝑚)
𝐴
𝐴
𝜆
𝑣𝑂𝑀
𝜆
𝜆
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Simple_harmonic_motion_animation.gif
Velocidad de propagación de la onda mecánica (𝒗𝑶𝑴)
𝑣𝑂𝑀 = 𝜆𝑓
𝑣𝑂𝑀 =
𝑑
𝑡
𝑓 =
1
𝑇
C U R S O D E F Í S I C A ( A S M 2 0 2 0 )
En un medio homogéneo la perturbación, es decir la onda
mecánica presenta una rapidez constante y esta depende de
las propiedades del medio.
𝑣𝑂𝑀
t
𝑑
Si:
𝑑 = 𝜆 ⇒ 𝑡 = 𝑇
Entonces:
𝑣𝑂𝑀 =
𝜆
𝑇
Como:
⇒
Aplicación 1.
En la gráfica se muestra la onda que se propaga a través de
la superficie libre del agua. Si su frecuencia es 2,5 Hz y la
onda recorre el tramo AB en 2s. Determine la longitud de
onda.
Resolución: Piden 𝜆: longitud de onda
De la relación:
𝑣𝑂𝑀 = 𝜆𝑓
𝑣𝑂𝑀 = 𝜆(2,5) …(1)
También se tiene:
𝑣𝑂𝑀 =
𝑑
𝑡
=
10
2
𝑣𝑂𝑀 = 5𝑚/𝑠
Reemplazando en (1)
5 = 𝜆(2,5)
𝜆 = 2𝑚
Aplicación 2.
La distancia entre dos crestas sucesivas de una onda transversal es
1,20 m. Si un punto que se encuentra en la trayectoria de la onda
realiza ocho ciclos en un tiempo de 12,0 s, ¿cuál es la rapidez de la
onda?
A) 0,8 m/s B) 0,1 m/s C) 0,9 m/s
D) 0,7 m/s E) 0,6 m/s
Resolución: 
Se tiene que
𝑣𝑂𝑀 = 𝜆𝑓
Piden 𝑣𝑂𝑀
Del problema se tiene
𝜆 = 1,2 𝑚
UNMSM 2019-II
𝑣𝑂𝑀 = 𝜆
𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
𝑣𝑂𝑀 =(1,2)
8
12
𝑣𝑂𝑀 = 0,8 m/s
Aplicación 3.
La velocidad de las ondas de sonido en el aire es,
aproximadamente, 340 m/s a la temperatura de 20°C
próxima a la superficie terrestre. Además, el rango de
frecuencia de las ondas audibles por los seres humanos se
encuentra entre 20 y 20 000 Hz. De acuerdo con estos
datos, determine la relación entre la longitud de onda del
sonido 𝜆1 de menor frecuencia audible y la longitud de
onda de sonido 𝜆2 de mayor frecuencia audible.
A) 𝜆1 = 10
−3𝜆2 B) 𝜆1 = 10
3𝜆2 C) 𝜆2 = 10
−3𝜆1
D) 𝜆2 = 10
2𝜆1 E) 𝜆2 = 10 𝜆1
Resolución: 
Se tiene que: 𝑣𝑂𝑀 = 𝜆𝑓
𝜆1𝑓𝑚í𝑛
Como la 𝑣𝑂𝑀 es igual para ambos casos entonces:
= 𝜆2𝑓𝑚á𝑥
Reemplazando de los datos:
𝜆1 20 = 𝜆2(20 000)
UNMSM 2018-II
∴ 𝜆1 = 10
3𝜆2
Rapidez de una onda mecánica en una cuerda tensa
𝑣𝑂𝑀 =
𝐹
𝜇
𝜇 =
𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑
𝒗𝒐𝒏𝒅𝒂
𝒗𝒐𝒏𝒅𝒂
𝒗𝒐𝒏𝒅𝒂
 𝐹
𝑳
𝒎𝒂𝒔𝒂 "𝒎"
Entonces:
La rapidez de la onda mecánica en una cuerda tensa depende de las
propiedades de la cuerda como la fuerza de tensión ( 𝐹 ) y la
densidad lineal (𝜇).
La masa y la longitud de la cuerda se relacionan mediante la
densidad lineal “𝜇“, donde:
Unidad en el S.I.
(kg / m)
𝐹 = módulo de la tensión (N)
Unidad en el S.I.
m/s
Aplicación 4
Se muestra una cuerda sobre la cual se propaga una onda.
Si el diapasón vibra con 20 Hz de frecuencia y la densidad
lineal de la cuerda es 0,1 kg/m, determine el valor de la
tensión en la cuerda.
40 cm
𝑣𝑂𝑀
Resolución: 
40 cm
𝑣𝑂𝑀
𝜆 𝜆
𝐹
Nos piden determinar la tensión de la cuerda (𝐹 ) para ello
examinemos el perfil de la onda mecánica
→ 𝜆 = 20 𝑐𝑚 = 0,2 𝑚
𝑣𝑂𝑀 =
𝐹
𝜇
λ𝑓 =
𝐹
𝜇
Reemplazando los valores dados
(0,2)(20) =
𝐹
0,1
∴ 𝐹 = 1,6 𝑁
Se sabe:
“La rapidez de propagación de 
una onda mecánica sólo 
depende de las propiedades 
del medio en el cual se 
propaga la onda”
Importante
w w w. a d u n i . e d u . p e