GUÍA No. 001 MOVIMIENTO ONDULATORIO PROFESOR: PEDRO PARAMO QUINTERO

GUÍA No. 001
MOVIMIENTO ONDULATORIO
PROFESOR: PEDRO PARAMO QUINTERO
NOMBRE: _______________________________ CURSO: _______
TEMA: MOVIMIENTO ONDULATORIO
OBJETIVOS:
1. Comprender el concepto de onda como transmisora de energía.
2. Explicar y aplicar las características de las ondas
3. Clasificar las ondas de acuerdo a su función.
CONTENIDO:
I. INTRODUCCIÓN
Una vibración comprende un movimiento hacia atrás y hacia adelante.
Tenemos muchos ejemplos familiares.
¿Usted ha sentido en su mano la potencia de una sierra o el vibrador
de un cepillo de dientes eléctrico? Un péndulo que oscila, vibra hacia
un lado y hacia el otro. Hasta los átomos, tan pequeños que no
podemos verlos, se agitan y se menean constantemente.
Un meneo en el tiempo constituye una vibración.
movimiento en el espacio y el tiempo es una ONDA.
Ahora, ese
En este sentido, una onda es una perturbación de alguna propiedad
del medio, como por ejemplo la densidad, temperatura, presión,
campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del
espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser aire,
agua, un trozo de metal o el espacio. Una perturbación continua
origina una propagación continua de energía o movimiento de ondas.
II. CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS
Supongamos ahora, que una persona, sujetando una soga, moviese
su mano en forma continua hacia arriba y hacia abajo, de la posición
inicial:
La grafica nos ilustra las siguientes características
CRESTAS. Son las partes superiores de las ondas.
VALLES: Son las partes inferiores de las ondas.
ELONGACIÓN (Y): Es la distancia perpendicular entre la onda y
el eje del equilibrio.
AMPLITUD (A):Máxima elongación de la onda.
NODOS (N): Puntos de mínima vibración.
LONGITUD DE ONDA: Es la distancia entre dos crestas, o, de
manera equivalente, entre dos valles, o en general la distancia
entre dos puntos de la onda que están en fase la longitud de
onda se puede dar en metros (m), centímetros (cms), milímetros
(mm) y hasta micrómetros.
FRECUENCIA: Es el numero de ciclos o vibraciones que realiza una
onda en la unidad de tiempo.
La unidad de frecuencia se llama HERTZ (Hz) en honor al científico
alemán HEINRICH HERTZ, quien demostró la existencia de las ondas
de radio en 1886.
Una vibración por segundo corresponde a una frecuencia de 1
HERTZ, dos (2) vibraciones por segundo equivalen a 2 HERTZ y así
sucesivamente. Las grandes frecuencias se miden en KILOHERTZ
(KHz) y las frecuencias elevadas en MEGAHERTZ (MHz).
Toda onda proviene de algo que vibra. La frecuencia con que vibra la
fuente y la frecuencia de las ondas son iguales.
El periodo es el tiempo que gasta la onda en dar un ciclo o vibración
completa.
En el SI la unión del periodo (T) es el segundo.
En el periodo y la frecuencia son magnitudes inversamente
proporcionales, es decir, si aumenta el periodo disminuye la frecuencia
y viceversa.
Ahora,
Observemos y completemos la siguiente tabla.
5
TABLA No. 1. PERIODO Y FRECUENCIA
PREGUNTAS
1. ¿Cuál es la frecuencia de una onda de 100 Hz en vibraciones
por segundo?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
2. El edificio Colpatria se mece de un lado a otro con una
frecuencia de vibración de 0.1 Hz. ¿Cuál es el periodo de
vibración?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
III. RAPIDEZ DE ONDA
La rapidez de una onda depende del medio donde se propaga de su
densidad, temperatura, el grosor en el caso de las cuerdas sea cual
sea el medio, la rapidez de una onda está relacionada con la
frecuencia y la longitud de onda.
ó
En la Tabla No. 2, se consignan algunas frecuencias del sonido en el
aire a una misma temperatura. Observa que el producto de la
frecuencia por la longitud de la onda es el mismo en cada ejemplo:
340 m/s.
FRECUENCIA (Hz)
LONGITUD DE
ONDA (m)
160
264
396
528
2.13
1.29
0.86
0.64
(m/s)
TABLA No. 2. ONDAS SONORAS
En términos generales, la rapidez de una onda que se propaga en un
medio, se puede calcular con la expresión cinemática para el
movimiento uniforme:
PREGUNTAS
1. Si una onda de agua vibra dos veces por segundo y la distancia
entre dos crestas sucesivas es 1.5 m, ¿Cuál es su
frecuencia?¿Cual es su rapidez?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
2. ¿Cuál es la longitud de la onda sonora de 170 Hz, si la velocidad
del sonido es 340 m/s?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
3. Un tapón de corcho flota en el agua contenida en un tanque. Se
golpea rítmicamente con una regla horizontal la superficie del
agua, cada 0.205 segundos, a fin de producir una onda de pulsos
rectos, tales que la distancia entre dos crestas consecutivas sea
de 5 cm.
a. ¿Cuál es el periodo de la onda?
________________________________________________________
_______________________________________________________
b. Describa el movimiento del tapón mientras la onda pasa por él.
________________________________________________________
________________________________________________________
c. ¿Cuántas vibraciones por segundo efectúa el tapón?
________________________________________________________
________________________________________________________
d. ¿Cuál es la rapidez de la propagación?
________________________________________________________
_______________________________________________________
IV.PASO DE UNA ONDA DE UN MEDIO A OTRO
La siguiente figura muestra una cuerda, constituida por una parte
delgada y otra gruesa. Tenemos entonces dos medios distintos, (1) y
(2) y sabemos que la velocidad de propagación de una onda en la
parte delgada es mayor que en la parte gruesa.
Experimentalmente, se ha demostrado que la frecuencia en las dos
partes es la misma, entonces podemos concluir:
LA FRECUENCIA DE UNA ONDA NO SE ALTERA CUANDO SE
TRANSMITE DE UN MEDIO A OTRO.
V. CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS:
Las ondas se clasifican atendiendo a diferentes aspectos:
1. En función del medio en que se propagan :
A. ONDAS MECÁNICAS:
Son las que necesitan un
medio
elástico
para
propagarse (solido, liquido y
gaseoso).
Ejemplos: Ondas elásticas,
ondas sonoras, ondas de
gravedad.
B. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS:
Son las que se propagan por el
espacio sin necesidad de un
medio, por lo tanto, pueden viajar
en el vacío.
Esto debido a que las ondas electromagnéticas son producto de
las oscilaciones de campos eléctricos en relación con un campo
magnético asociado.
C. ONDAS GRAVITACIONALES: Son alteraciones que modifican
la geometría, espacio – tiempo.
2. En función a la dirección de las partículas con relación a la
velocidad de propagación.
A. ONDA TRANSVERSAL:
Es aquella en la cual el movimiento de las partículas del medio
es perpendicular a la dirección de la velocidad de la onda.
Ejemplos: las ondas en las cuerdas tirantes, las ondas
superficiales
producidas
por
el
agua,
las
ondas
electromagnéticas.
A las ondas transversales se les suele llamar ONDAS DE
CORTE, pues la perturbación suministra una fuerza que tiende
a cortar el medio. Las ondas de corte sólo se pueden propagar
en los sólidos, porque en un liquido o en un gas no pueden
soportar un corte, debido a que no tienen fuerzas restauradoras
suficientes para mantener la perturbación.
B. ONDA LONGITUDINAL: La oscilación de las partículas es
paralela a la dirección de la velocidad de la onda.
Ejemplos: Las ondas producidas en los resortes y las ondas sonoras.
3. En función a las dimensiones
A. UNIDIMENSIONALES: Las ondas en un resorte.
B. BIDIMENSIONALES: Ondas en las cuerdas, en el agua.
C. TRIDIMENSIONALES:
Las
ondas sonoras, las
electromagnéticas.
ondas
PREGUNTAS Y PROBLEMAS PARA LA EVALUACIÓN
1. ¿Cómo se llama un meneo en el tiempo?
________________________________________________________
________________________________________________________
2. ¿Cómo se llama un meneo en el espacio y en el tiempo?
________________________________________________________
________________________________________________________
3. ¿Se mueve con una onda el medio que la transmite?
________________________________________________________
________________________________________________________
4. Señale la diferencia entre una onda longitudinal y una
transversal?
________________________________________________________
________________________________________________________
5. Qué tipo de ondas se propagan en:
a. Sólidos:___________________________________________
b. Fluidos:___________________________________________
c. En un resorte:______________________________________
d. En una cuerda tensa:________________________________
6. En el caso de un cuerpo en movimiento ondulatorio, defina que
es:
a. Un ciclo:__________________________________________
b. La amplitud:________________________________________
c. El periodo y la frecuencia y cómo están relacionadas estas
cantidades:________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________
d. Un Hertz:__________________________________________
e. ¿Qué es la longitud de onda?:_________________________
_________________________________________________
_________________________________________________
7. Explique que es una onda longitudinal y una transversal.
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
8. ¿El sonido es una onda longitudinal o transversal?¿Por qué?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
9. ¿El sonido es una onda material o mecánica? ¿Por qué?
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
10.
Haga una indagación sobre:
A. Las olas.
B. El flameo de las ondas.
PREPARACIÓN PARA LAS PRUEBAS DE ESTADO
1. En un resorte de 6 metros de longitud se producen ondas
estacionarias cuando realiza 8 oscilaciones cada 4 segundos. Si
en la oscilación se observan 4 nodos, la longitud de onda es:
A. 2 m
B. 4 m
C. 6 m
D. 8 m
2. La velocidad de propagación de las ondas en el resorte anterior
es:
A. 2 m/s
B. 4 m/s
C. 6 m/s
D. 8 m/s
3. Se llama longitud de onda a:
A. La distancia entre dos nodos consecutivos.
B. El numero de oscilaciones en la unidad de tiempo.
C. La distancia recorrida por la onda en un periodo.
D. En el numero de oscilaciones en un periodo.
4. Una onda se propaga en cierto medio con velocidad “V”, si la
frecuencia se duplica, la velocidad será:
A.
B.
C.
D.
Las preguntas 5 y 6 se responden con esta información:
En la siguiente ilustración de una onda:
5. La longitud de onda (en metros) es:
A. 8
B. 4
C. 2
D. 1
6. La amplitud de la onda (en metros) es:
A. 0.5
B. 1
C. 2
D. 4
7. Si las partículas del medio vibran paralelamente a la dirección de
la propagación de la onda, entonces la onda es:
A. Perturbación
B. Transversal
C. Longitudinal
D. Pulso
8. Cuando una onda pasa de un medio a otro, el único parámetro
de no cambia es:
A. Frecuencia
C. Longitud de Onda
B. B. La Amplitud
D. La velocidad
PROBLEMAS DE CREATIVIDAD
En la mitad de un estanque de 2 metros de largo, un pájaro mueve sus
patas continuamente, produciendo ondas circulantes. Las ondas
tardan 10 segundos en llegar a las paredes del estanque y se puede
contar exactamente 21 crestas.
9. La longitud de onda de ese movimiento ondulatorio es:
A. 0.2 m
B. 0.4 m
C. 0.1 m
D. 0.01 m
10. La frecuencia de la onda en Hz es:
A. 0.1
B. 0.2
C. 1
D. 2