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FENOMENOS ONDULATORIOS

Todo sobre fenmenos ondulatorios


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Fenmenos ondulatorios

Por: miriam susana rodriguez | Creado: 16/12/2009 01:02 | | #Cont:1
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 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.

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Fsico experimental

Por: miriam susana rodriguez | Creado: 16/12/2009 00:39 |
Fenomenos Ondulatorios
 
Quiz, uno de los movimientos ondulatorios ms conocido, es el que se observa en una masa de agua (mar, lago, etc), producido por alguna perturbacin, por ej.

cuando arrojamos una piedra en un estanque observamos la formacin de ondas circulares que se mueven hacia afuera, o las olas que se forman a mar abierto por la perturbacin del viento.

Las caractersticas de las ondas producidas dependen de la fuente perturbadora y del medio como en los casos anteriores.

Las ondas en el agua, se mueven con determinada velocidad, pero cada partcula

del agua tan solo oscila con respecto a un punto de equilibrio. Esto se observa con hojas o con algn corcho en el agua, que no son impulsadas hacia adelante por las ondas, sino que oscilan con respecto a un punto de equilibrio, que es el movimiento del agua misma. Es una caracterstica general de las ondas: las ondas se pueden mover a grandes distancias, pero el medio (en nuestro caso el agua) solo tiene movimiento limitado. Una onda consiste de oscilaciones que se mueven sin arrastrar materia. Las ondas llevan energa de un lugar a otro, como por ejemplo la recibida por la piedra que cae en el agua.

Aunque las ondas de agua son muy didcticas y cualitativamente sencillas, los clculos cuantitativos no lo son.

Para entender las ondas de agua, requerimos simplicidad, lo que significa despreciar ciertas propiedades, como la viscosidad, y restringirse a ondas suaves de pequea amplitud.

Las oscilaciones de las partculas de agua, en estos tipos de ondas, no se restringe a la superficie, sino que se extienden con amplitud decreciente hasta el fondo.

Consideremos una gran porcin de agua, infinitamente profunda, donde se hace una perturbacin en la superficie y se generan ondas. Como es el movimiento de las partculas del medio?. Aunque en un lugar dado el agua sea alternadamente un valle y una cresta, no pueden estar moviéndose hacia arriba y hacia abajo, debido a la conservacin del agua. Como el agua es incompresible, en esta escala, cuando una loma baja, el agua tiene que salir del lugar, y lo que ocurre es que las partculas de agua cercanas a la superficie, se mueven aproximadamente en circunferencias. As, es una mezcla de movimiento transversal y longitudinal alrededor de una determinada posicin de equilibrio. La fuerza restauradora que acta sobre el elemento de agua, se debe en parte a la diferencia de presin, originada por las variaciones de profundidad entre los puntos, y también en parte por los efectos de la tensin superficial debidos a la curvatura de la superficie libre.

A profundidades mayores en el agua, la componente transversal va disminuyendo, hasta que razonablemente profundo el movimiento es slo longitudinal, como se esquematiza en el dibujo siguiente.

Por lo tanto aparecen dos fuerzas restauradoras, que tienden a aplanar las crestas de la misma, que son la gravedad y la tensin superficial.

Cuando las longitudes de las ondas en el agua se acortan mucho, la principal fuerza restauradora es la atraccin capilar, es decir la tensin superficial. Para longitudes de ondas largas, la fuerza gravitatoria es la principal, pero en general es una combinacin de ellas la que domina el proceso.

A partir de la definicin de la relacin de dispersin:

ω2= fuerza restauradora por unidad de desplazamiento por unidad de masa

En el caso en que slo influya la gravedad, podemos poner:

ωg

       2=g k

y para el caso en que slo influya la tensin superficial :

ωT

2=k3T/ρ. donde T es la tensin superficial y ρ es la densidad del medio.

Suponiendo estar en el caso de ondas gravitacionales, si la profundidad del agua en equilibrio, es pequea con respecto a la longitud de onda (ondas armnicas), las ondas se denominan ondas de agua superficiales u ondas de marea. En estos casos, la velocidad de propagacin de estas ondas, es independiente de la longitud de onda, pero depende de la profundidad, donde la relacin de dispersin es de la siguiente forma :

ω2=gk(h/λ)2π

Si la longitud de onda es pequea en comparacin con la profundidad del agua en equilibrio, tenemos las llamadas ondas de agua profunda, y para ondas gravitacionales, la relacin de dispersin no depende de la profundidad (ω2=gk),

pero la velocidad si depende de la longitud de onda.

Por lo tanto, las ondas gravitacionales de aguas superficiales, son no dispersivas ( no depende de λ). Las ondas gravitacionales de aguas profundas son dispersivas.

 
Reflexin
 
Sabemos, que una onda est caracterizada por un frente de onda, que son los puntos de propagacin de la onda que poseen igual fase. Se denomina rayo, a un vector imaginario cuya direccin es perpendicular al frente de onda y su sentido es el de propagacin del mismo.

Cuando un rayo se refleja en una superficie, se denominan: ngulo de incidencia, al formado por el rayo incidente y la normal; ngulo de reflexin, al formado por el rayo reflejado y la normal. Siendo la normal, la perpendicular a la superficie, esquematizado en la figura siguiente.

 
Refraccin
 
Si una onda pasa de un medio a otro distinto, (por ej. distinta densidad), ésta cambia su velocidad y se produce una desviacin de la direccin de propagacin de la onda. Esto es lo que se denomina refraccin
 
Difraccin e Interferencia
 
Los fenmenos de difraccin e interferencia con ondas de agua, son los mismos que los vistos en el experimento 5, donde se reemplaza las fuentes (parlantes) por rendijas, y el detector ( micrfono), ser un pantalla donde se visualizar la

amplitud resultante en funcin de la posicin.

 
Procedimiento
 
Se utilizar el tanque de agua, suministrado por PASCO, el cual cuenta con una cuba para llenar con agua, una fuente generadora de la perturbacin y distintos accesorios complementarios.

Elegir como fuente perturbadora, una adecuada para producir ondas rectas, o sea con frentes de onda plana.

Llenar la cuba con agua, de manera de obtener ondas no dispersivas, para visualizar correctamente los fenmenos ondulatorios

Monte el generador de vibraciones, y busque condiciones adecuadas de amplitud

y frecuencia.

 
REALIZADO
Ambriz Arredondo Tania
Montez Florez Veronica Elizabeth

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Fenmenos de las ondas

Por: miriam susana rodriguez | Creado: 15/12/2009 03:31 |


Reflexin y refraccin de las ondas


Cuando una onda alcanza la superficie de separacin de dos medios de distinta naturaleza se producen, en general, dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie lmite y se propaga en el segundo medio. El primer fenmeno se denomina reflexin y el segundo recibe el nombre de refraccin. En las ondas mono dimensionales como las producidas por la compresin de un muelle, la reflexin lleva consigo una inversin del sentido del movimiento ondulatorio. En las ondas bidimensionales tridimensionales la inversin total se produce nicamente cuando la incidencia es normal, es decir, cuando la direccin, en la que avanza la perturbacin es perpendicular a la superficie reflectante. Si la incidencia es oblicua se produce una especie de rebote, de modo que el movimiento ondulatorio reflejado cambia de direccin, pero conservando el valor del ngulo que forma con la superficie lmite. En el caso de las ondas sonoras, la reflexin en una pared explica el fenmeno del eco. Si la distancia a la pared es suficiente, es posible or la propia voz reflejada porque el tiempo que emplea el sonido en ir y volver permite separar la percepcin de la onda incidente de la reflejada.

         El fenmeno de la refraccin supone un cambio en la velocidad de propagacin de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la direccin del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada se desva un cierto ngulo respecto de la incidente.

        
La refraccin se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad de propagacin de las ondas en ellos, cambian de un punto a otro. La propagacin del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme. En un da soleado las capas de aire prximas a la superficie terrestre estn ms calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura, es mayor en las capas bajas que en las altas.
 


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Principio de Huygens

Por: miriam susana rodriguez | Creado: 15/12/2009 03:29 | | #Cont:3

El principio de Huygens es un método de análisis aplicado a los problemas de propagación de ondas. Afirma que todo punto de un frente de onda inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas secundarias que se extienden en todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y longitud de onda que el frente de onda del que proceden.

Refracción de la luz según el principio de Huygens

Esta visión de la propagación de las ondas ayuda a entender mejor una variedad de fenómenos de onda, tales como la difracción. La Ley de Snelltambién puede ser explicada según este principio.

Por ejemplo, si dos sitios están conectados por una puerta abierta y se produce un sonido en una esquina lejana de uno de ellos, una persona en el otro cuarto oirá el sonido como si se originara en el umbral. Por lo que se refiere el segundo cuarto, el aire que vibra en el umbral es la fuente del sonido. Lo mismo ocurre para la luz al pasar el borde de un obstáculo, pero esto no es fácilmente observable debido a la corta longitud de onda de la luz visible. La interferencia de la luz de áreas con distancias variables del frente de onda móvil explica los máximos y los mínimos observables como franjas de difracción. Ver, por ejemplo, el experimento de la doble rendija.

La difracción

Las ondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculos interpuestos en su camino. Esta propiedad característica del comportamiento ondulatorio puede ser explicada como consecuencia del principio de Huygens y del fenómeno de interferencias.
Así, cuando una fuente de ondas alcanza una placa con un orificio o rendija central, cada punto de la porción del frente de ondas limitado por la rendija se convierte en foco emisor de ondas secundarias todas de idéntica frecuencia. Los focos secundarios que corresponden a los extremos de la abertura generan ondas que son las responsables de que el haz se abra tras la rendija y bordee sus esquinas. En los puntos intermedios se producen superposiciones de las ondas secundarias que dan lugar a zonas de intensidad máxima y de intensidad mínima típicas de los fenómenos de interferencias. Ambos fenómenos que caracterizan la difracción de las ondas dependen de la relación existente entre el tamaño de la rendija o del obstáculo y la longitud de onda. Así, una rendija cuya anchura sea del orden de la longitud de la onda considerada, será completamente bordeada por la onda incidente y, además, el patrón de interferencias se reducirá a una zona de máxima amplitud idéntica a un foco. Es como si mediante este procedimiento se hubiera seleccionado uno de los focos secundarios descritos por Huygens en el principio que lleva su nombre.

 


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Reflexin y refraccin

Por: miriam susana rodriguez | Creado: 15/12/2009 03:28 | | #Cont:1

Cuando una onda alcanza la superficie de separacin de dos medios de distinta naturaleza se producen, en general, dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie lmite y se propaga en el segundo medio. El primer fenmeno se denomina reflexin y el segundo recibe el nombre de refraccin.

El fenmeno de la refraccin supone un cambio en la velocidad de propagacin de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la direccin del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada sé desva un cierto ngulo respecto de la incidente.

La refraccin se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad de propagacin de las ondas en ellos, cambia de un punto a otro. La propagacin del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme.

En un da soleado las capas de aire prximas a la superficie terrestre estn ms calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura, es mayor en las capas bajas que en las altas. Ello da lugar a que el sonido, como consecuencia de la refraccin, se desva hacia arriba. En esta situacin la comunicacin entre dos personas suficientemente separadas se vera dificultada. El fenmeno contrario ocurre durante las noches, ya que la Tierra se enfra ms rpidamente que el aire.


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