Ondas

Vista previa del material en texto

Ondas: características
Física p/ Ingeniería II
Sergio Tostado
Departamento de Física
Universidad de Valle
Cali-Valle
2019
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 1 / 19
4.1 Qué es una onda ?
4.1 Qué es una onda ?
Una onda es una perturbación que se propaga, transportando energía y
no materia. En todo punto de la trayectoria se produce una oscilación per-
iódica, alrededor de una posición de equilibrio.
Una onda es una un vaivén tanto en el espacio como en el tiempo.
La luz y el sonido son formas de energía que se propagan en el espacio en
forma de ondas.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 2 / 19
4.2 Elementos de una onda
4.2 Elementos de una onda
Longitud de onda (λ): Es la distancia entre dos máximos (o mínimos )
sucesivos de la onda.
Frecuencia (f) :La frecuencia corresponde a la cantidad de oscilaciones
que ocurren en una unidad de tiempo. Si la unidad de tiempo es el segundo
(s), la frecuencia se mide en Hertz (Hz).
Periodo (T ): Es el tiempo que le toma a una onda realizar un ciclo (os-
cilación completa). Se mide en segundos y está relacionado con la fre-
cuencia a través de T = 1/f .
Amplitud: Es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la
onda.
Rapidez de propagación (v): Representa la distancia que recorre una
onda en cada unidad de tiempo: v = λf
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 3 / 19
4.2 Elementos de una onda
4.2 Elementos de una onda
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 4 / 19
4.3 Clasificación de las Ondas
4.3 Clasificación de las Ondas
Según el medio en el que se
propagan:
Ondas mecánicas.
Ondas electromagnéticas
En función de su propagación:
Unidimensionales
Bidimensionales (o superficiales)
Tridimensionales (o esféricas)
En función de la dirección de la onda: Ondas Longitudinales
Ondas Transversales
En función de su periocidad: Periódicas
No periódicas
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 5 / 19
4.3 Clasificación de las Ondas
4.3.1 Según el medio en el que se propagan:
Ondas mecánicas:
Las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso)
para propagarse.
La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio
como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura.
Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas sonoras, ondas sísmi-
cas, ondas gravitacionales, entre otras.
Ondas electromagnéticas:
Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de
un medio, por lo tanto pueden propagarse en el vacío.
Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de
300 000 km por segundo.
De acuerdo al rango de frecuencia estas pueden ser agrupadas a través
de lo que se conoce como el Espectro Electromagnético.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 6 / 19
4.3 Clasificación de las Ondas
4.3.2 En función de su propagación:
Unidimensionales: Se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio,
como las ondas en los resortes o en las cuerdas.
Bidimensionales (o superficiales): Se pro-
pagan en dos direcciones. Las ondas en la
superficie de agua.
Tridimensionales (o esféricas): son ondas
que se propagan en tres dimensiones. Son
esferas concéntricas que salen de la fuente
de perturbación expandiéndose en todas di-
recciones. Son ondas tridimensionales las
ondas sonoras y las ondas electromagnéti-
cas.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 7 / 19
4.3 Clasificación de las Ondas
4.3.3 En función de la dirección de la onda:
Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partícu-
las del medio se mueven o vibran paralelamente a la dirección de propa-
gación de la onda. Por ejemplo, un resorte que se estira (o comprime) da
lugar a una onda longitudinal.
Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partícu-
las del medio se mueven o vibran perpendicularmente a la dirección de
propagación de la onda. Por ejemplo, las olas en el agua o las ondula-
ciones que se propagan por una cuerda.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 8 / 19
4.3 Clasificación de las Ondas
4.3.4 En función de su periodicidad:
Ondas periódicas: La perturbación se produce en ciclos repetitivos en el
tiempo.
Ondas no periódicas: La perturbación se da aisladamente o, en el caso
de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características difer-
entes. Las ondas aisladas se denominan pulsos.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 9 / 19
4.3 Clasificación de las Ondas
Ondas estacionarias:
¿Es posible que una onda se anule con otra y que no quede amplitud alguna?
Imagina que estableces una onda estacionaria de tres segmentos, como la de la figura 19.14c.
Si agitas la mano con el doble de frecuencia, ¿cuántos segmentos de onda habrá en tu nueva
onda estacionaria? ¿Y cuántas longitudes de onda?
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 10 / 19
4.3 Clasificación de las Ondas
Ondas
Pregunta: Si una ola en el agua sube y baja tres veces cada segundo y la
distancia entre las crestas de las olas es 2 m, ¿cuál es la frecuencia del
oleaje? ¿Cuál es la longitud de la onda?, ¿cuál es la rapidez de la ola?
Pregunta: Cuál es el intervalo de longitud de onda (λ) audible, si el
intervalo de frecuencias audible es de 20 a 200000 Hz y la velocidad del
sonido en el aire es de 343 m/s?
La velocidad del sonido en un medio liquido viene dada por v =
√
B
ρ ,
donde B es el modulo de compresibilidad y ρ es la densidad del liquido.
Calcule la velocidad del sonido en el agua, sabiendo que B = 2.2× 109
N/m3 y ρ = 103 Kg/m3.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 11 / 19
4.4 Ondas Electromagnéticas
Ondas Electromagnéticas: Espectro Electromagnético
Velocidad de la luz
c = 3× 108 m/s:
c = λf
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 12 / 19
4.4 Ondas Electromagnéticas
Espectro Visible
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 13 / 19
4.4 Ondas Electromagnéticas
leyes de Snell
Ley de reflexión
Cuando el rayo incidente es reflejado por una superficie plana, el ángulo de
incidencia es igual al ángulo de reflexión. Es decir, θ1 = θ
′
1
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 14 / 19
4.4 Ondas Electromagnéticas
leyes de Snell
Ley de refracción
Cuando el rayo incidente sufre un cambio en el medio cambia su dirección.
η1 sin θ1 = η2 sin θ2. η1(η2) es el índice de refracción en el medio 1 (2) y está
definido por η = v/c.
Para examinar objetos, que de otro modo serían inaccesibles, se utilizan mano-
jos de cientos de miles de fibras opticas extremadamente delgadas.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 15 / 19
4.4 Ondas Electromagnéticas
Sistema auditivo
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 16 / 19
4.4 Ondas Electromagnéticas
Sistema visual
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 17 / 19
4.4 Ondas Electromagnéticas
Taller
¿Cuál es la frecuencia en hertz que corresponde a cada uno de los
siguientes periodos? a) 0.10 s, b) 5 s, c) 1/60 s.
¿Cuál es el periodo, en segundos, que corresponde a cada una de las
siguientes frecuencias? a) 10 Hz, b) 0.2 Hz, c) 60 Hz?
Un marinero en una lancha observa que las crestas de las olas pasan por
la cadena del ancla cada 5 segundos. Estima que la distancia entre las
crestas es 15 metros. También estima en forma correcta la rapidez de las
olas. ¿Cuál es esa rapidez?Un peso colgado de un resorte sube y baja una distancia de 20
centímetros, dos veces cada segundo. ¿Cuáles serán su frecuencia, su
periodo y su amplitud?
Las ondas de radio viajan a la rapidez de la luz, a 300,000 km/s. ¿Cuál es
la longitud de las ondas de radio que se reciben de la estación de 100.1
MHz en tu radio de FM?
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 18 / 19
Bibliografía
BIBLIOGRAFÍA
Cromer, Alan H. Física para las ciencias de la vida. Reverté Ediciones,
1996, México.
Sears - Zemansky - Young – Freedman, Física Universitaria. Editorial
Tomo I. Pearson Addison Wesley . 12a Edición, 2009.
D. Jou, J. Enric LLebot, C. Pérez García, Física para Ciencias de la vida.
McGraw-Hill, 1994.
Sergio Tostado (sergio.tostado@correounivalle.edu.co) Biofísica - UNIDAD 4: Ondas 2019 19 / 19
	4.1 Qué es una onda ?
	4.2 Elementos de una onda
	4.3 Clasificación de las Ondas
	4.4 Ondas Electromagnéticas
	Bibliografía