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REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 GUIA LAS ONDAS: MOVIMIENTO ONDULATORIO AREA: Ciencias Naturales integrada con Educación Física. NOMBRE: ____________________________________ GRADO: Noveno DOCENTE: María Isabel Rodríguez Pérez FECHA ENTREGA: 13 Octubre 2020 CONOCIMIENTOS PREVIOS ¿Puedes dar un concepto personal de que es una onda? ¿Qué ejemplos donde se manifiesten las ondas puedes nombrar? LAS ONDAS Conceptos básicos: La definición de onda trae implícitos algunos conceptos preliminares. Sistema físico: es cualquier región del espacio con los elementos que se encuentran en ella. El sistema debe estar delimitado claramente con el fin de facilitar su estudio. Por ejemplo, un gas contenido en un recipiente, el agua de un estanque, las hojas de un árbol y un móvil que se desplaza por una carretera, son sistemas físicos. Equilibrio y perturbación: imagina un estanque cuya superficie está en reposo porque no hay viento u otro factor externo que produzca alguna alteración o perturbación en ella. Se tiene que el sistema físico del estanque está en equilibrio. Decimos entonces que un cuerpo o conjunto de cuerpos está en equilibrio cuando sus características no varían en el transcurso del tiempo. Ahora, si lanzas una piedra al centro del estanque, inmediatamente comenzarás a observar la formación de ondas de forma circular en su superficie: rompiste el equilibrio del sistema porque al lanzar la piedra, realizaste una perturbación sobre él. Decimos entonces que una perturbación es cualquier fenómeno que altera las características de un sistema físico que estaba en equilibrio. REFLEXION “la vida es un eco. Lo que envías, regresa. Lo que siembras, cosechas. Lo que das, obtienes. Lo que vez en lo demás existe en ti. Recuerda la vida es un eco, siempre regresa a ti.” REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 LAS ONDAS Y SU NATURALEZA Las ondas se producen cuando en un sistema físico en equilibrio ocurre una perturbación. Las vibraciones dan origen a las ondas, sin embargo es importante destacar que aunque las ondas producen vibración de la materia, no transportan materia; solo transportan energía. De acuerdo con su naturaleza, las ondas se clasifican en mecánicas y electromagnéticas. Ondas mecánicas: Una onda mecánica es una perturbación de las propiedades mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio. Todas las ondas mecánicas requieren: Alguna fuente que cree la perturbación. Un medio en el que se propague la perturbación. Algún medio físico a través del cual elementos del medio puedan influir uno al otro. El sonido es el ejemplo más conocido de onda mecánica, que en los fluidos se propaga como onda longitudinal de presión. Los terremotos, sin embargo, se modelizan como ondas elásticas que se propagan por el terreno. Por otra parte, las ondas electromagnéticas no son ondas mecánicas, pues no requieren un material para propagarse, ya que no consisten en la alteración de las propiedades mecánicas de la materia (aunque puedan alterarlas en determinadas circunstancias) y pueden propagarse por el espacio libre (sin materia). Ondas electromagnéticas: Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío. Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_longitudinal http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_longitudinal http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Terremoto http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9tica http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9tica http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_de_Maxwell http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_mec%C3%A1nica http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_mec%C3%A1nica http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 frecuencia está dentro del rango de la luz visible. Las ondas electromagnéticas son transversales; las direcciones de los campos eléctrico y magnético son perpendiculares a la de propagación. Son ejemplos de ondas electromagnéticas, las ondas de radio, las microondas, los rayos ultravioleta y la luz visible. REPRESENTACION DE LAS ONDAS La perturbación puede representarse por una variable escalar (onda escalar) o vectorial (onda vectorial). MAGNITUDES CARACTERISTICAS DE LAS ONDAS Las magnitudes físicas que permiten diferenciar y clasificar a las ondas son: la amplitud, la longitud de onda, el período, la frecuencia y la velocidad de propagación. Onda Escalar La Presión p en un gas (sonido). Vectorial Transversal La deformación de una cuerda. Longitudinal La deformación de un resorte. http://es.wikipedia.org/wiki/Luz_visible REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 Elongación y amplitud: A la distancia que existe en cualquier instante entre la posición de la partícula y la posición de equilibrio se la llama elongación (y). Se mide en metros en el SI. La elongación máxima se llama amplitud (A) de la onda. Esta es una magnitud importante, pues las ondas con mayor amplitud transportan, en general, más energía. Longitud de onda: Se llama longitud de onda (λ) a la distancia existente entre dos puntos de la onda que se encuentran en un instante dado en el mismo estado de vibración. Dicho de otra forma, es la distancia que la onda recorre en un ciclo. Se mide en metros en el SI y se representa por la letra griega lambda (λ). Período El período es el tiempo que tarda la vibración que se propaga en recorrer un espacio igual a la longitud de onda. En una onda mecánica coincide con el tiempo que tarda una partícula en realizar una oscilación completa. En el Sistema Internacional el período se expresa en segundos y se simboliza por la letra T. Frecuencia La frecuencia es el número de vibraciones u oscilaciones completas que se realizan en un segundo. La frecuencia es, por tanto, la inversa del período: f = 1/T. así, si una partícula realiza cuatro vibraciones completas en un segundo, la frecuencia será de 4 Hz y el período será entonces de 1/4 de segundo. En el Sistema Internacional, la frecuencia se mide en Hertz (Hz) o en 1/s (s-1). Se representa con la letra f o con la letra griega ν (nu). Por ejemplo, si en uno de los extremos de una cuerda con el otro extremo fijo a un punto se producen 6 vibraciones en 2 segundos, el periodo, es decir, el tiempo empleado en realizar una vibración se calcula así: Período=2s/6= 0.33 s como la frecuencia es el número de vibraciones realizadas en un segundo, tenemos que la frecuencia es: 6vb/2s=3vb/s= 3 Hz REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTODE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 Velocidad de propagación Cuando un movimiento vibratorio se propaga en un medio homogéneo, lo hace con movimiento uniforme (velocidad constante) en todas direcciones. Sin embargo, la velocidad de propagación es distinta para cada medio. La velocidad de propagación es la relación que existe entre un espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo (el periodo). Matemáticamente se expresa así:v = λ T También se puede expresar teniendo en cuenta la relación entre el período y la frecuencia. Sustituyendo la frecuencia (f = 1/T) en la ecuación de arriba: v = λ · f En el Sistema Internacional (SI), la velocidad de una onda se mide en m/s. Cuando la onda pasa de un medio a otro distinto, la velocidad con que se propaga se modifica, al igual que la longitud de onda. Pero la frecuencia se conserva. Relación entre la frecuencia y el periodo de una onda Cuando la frecuencia de una onda aumenta, el periodo disminuye. Si una onda se propaga de tal manera que en 10 segundos realiza 40 vibraciones, el periodo T, es decir el tiempo en realizar una vibración se calcula así: T=10s/40=1/4 s La frecuencia, f, es decir, el número de vibraciones en un segundo se calcula así: f=40vb/10s= 4Hz. la situación anterior ilustra que el periodo, T, y la frecuencia, f, se relacionan mediante la expresión: F=1/ T Por ejemplo si el extremo de una cuerda se mueve de tal manera que las partículas de la cuerda emplean 0,2 segundos en producir una vibración, se concluye que el período de la onda es 0,2 segundos y la frecuencia, a partir del periodo se obtiene como: f= 1 = 5 Hz 0,2 s REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 Relación entre la frecuencia, la longitud de onda y la rapidez de propagación Cuando un movimiento se produce con rapidez constante, v, la distancia recorrida, d, en el tiempo, t, empleado en recorrer dicha distancia se calcula mediante la expresión: d=v.t Como una onda periódica con rapidez, v, recorre una distancia igual a su longitud de onda, λ, mientras transcurre un periodo, T, la rapidez de la onda periódica se expresa como: λ= v.T puesto que la frecuencia y el periodo se relacionan mediante la expresión: T= λ/f tenemos que la rapidez de la onda se expresa como:λ=v. λ, donde, v= λ.f ONDAS TRANSVERSALES Y ONDAS LONGITUDINALES Ondas transversales Una onda transversal es una onda en movimiento que se caracteriza porque sus oscilaciones ocurren perpendiculares a la dirección de propagación. en la figura puedes apreciar el movimiento en alguna partes de un resorte largo, en el cual se propaga una onda transversal. Ondas longitudinales Una onda longitudinal es una onda en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas de compresión. Algunos ejemplos de ondas longitudinales son el sonido y las ondas sísmicas de tipo P generadas en un terremoto. FENOMENOS ONDULATORIOS Las propiedades de las ondas se manifiestan a través de una serie de fenómenos que constituyen lo esencial del comportamiento ondulatorio. Así, las ondas rebotan ante una barrera, cambian de dirección cuando pasan de un medio a otro, suman sus efectos de una forma muy especial y pueden salvar obstáculos o bordear las esquinas. El estudio de los fenómenos ondulatorios supone la utilización de conceptos tales como periodo, frecuencia, longitud de onda y amplitud, y junto a ellos el de frente de onda, el cual es característico de las ondas bidimensionales y tridimensionales. Se denomina frente de ondas al lugar geométrico de los puntos del medio que son alcanzados en un mismo instante por la perturbación. Las ondas que se producen en la superficie de un lago, como consecuencia de una vibración producida en uno de sus puntos, poseen frentes de onda circulares. Cada http://es.wikipedia.org/wiki/Onda http://es.wikipedia.org/wiki/Direcci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Propagaci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica) http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_s%C3%ADsmica http://es.wikipedia.org/wiki/Terremoto REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 uno de esos frentes se corresponden con un conjunto de puntos del medio que están en el mismo estado de vibración, es decir a igual altura. Debido a que las propiedades del medio, tales como densidad o elasticidad, son las mismas en todas las direcciones, la perturbación avanza desde el foco a igual velocidad a lo largo de cada una de ellas, lo que explica la forma circular y, por tanto, equidistante del foco, de esa línea que contiene a los puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración. Reflexión de ondas La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua. Refracción de ondas La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda. Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda. Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial. Difracción de ondas La difracción es un fenómeno característico de las ondas, éste se basa en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz http://es.wikipedia.org/wiki/Onda http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad http://es.wikipedia.org/wiki/Luz http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura http://es.wikipedia.org/wiki/Espejismo http://es.wikipedia.org/wiki/Reflexi%C3%B3n_interna_total http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica) http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido http://es.wikipedia.org/wiki/Luz http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_de_radio REPUBLICA DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE NORTE DE SANTANDER SALAZAR DE LAS PALMAS CENTRO EDUCATIVO RURAL MONTECRISTO DANE: 254660000391 – NIT: 900165759-4 angosto de ondas de luz de un láser debe finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor. Superposición de ondas Cuando dos ondas viajan a travésde una cuerda y en sentido contrario, se dice que se produce superposición de ondas, y se produce una onda resultante. Por ejemplo el sonido que percibimos en un concierto ofrecido por una orquesta es el resultado de la superposición de los sonidos producidos por cada instrumento. Interferencia de ondas Cuando dos o más ondas de la misma naturaleza se superponen, ocurre el fenómeno de interferencia. Si dos ondas se encuentran en el mismo punto de tal manera que una cresta de una coincide con un valle de la otra, se produce interferencia destructiva. ACTIVIDAD 1. Escribo la definición de: sistema físico, equilibrio, perturbación. 2. Según la naturaleza, como se clasifican las ondas. 3. ¿Qué es una onda mecánica?, de que requieren, la represento gráficamente, de un ejemplo. 4. ¿Qué es una onda electromagnética? La represento gráficamente, doy un ejemplo. 5. Realizo un cuadro comparativo de las magnitudes características de las ondas. 6. Explico la relación entre la frecuencia y el periodo de una onda. 7. Explico la relación entre la frecuencia, la longitud de onda y la rapidez de propagación. 8. realizo un cuadro comparativo entre ondas transversales y ondas longitudinales. 9. ¿Qué es el frente de ondas? Explique. 10. Realizo un cuadro comparativo de los fenómenos ondulatorios. 11. ¿Cómo se representan las ondas? 12. En el siguiente ejercicio escriba la clase de onda que se presenta y por qué: Juan está jugando baloncesto, lanza el balón y pega en el tablero, rebotando hacia la cesta, lo cual hace vibrar a ambos. ¿Por qué se genera la vibración? ¿Qué clase de onda se produjo? 13. Nombre dos situaciones en las cuales se generan ondas con el balón de baloncesto. http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser
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