Movimiento Oscilatorio

Universidad Técnica de Machala
Facultad de Ciencias Químicas y de la Salud
Escuela de Bioquímica y Farmacia
Nombre: Raquel Elizabeth Cedeño Saritama
Curso: 1er Semestre ¨B´
Profesor: Dr. Freddy Alberto Pereira Guanuche
Movimiento Oscilatorio
Las vibraciones u oscilaciones de los sistemas mecánicos constituyen uno de los campos de
estudio más importantes de toda la física. Virtualmente todo sistema posee una capacidad
de vibración y la mayoría de los sistemas pueden vibrar libremente de muchas maneras
diferentes. En general, las vibraciones naturales predominantes de objetos pequeños suelen
ser rápidas, mientras que las de objetos más grandes suelen ser lentas. Las alas de un
mosquito, por ejemplo, vibran centenares de veces por segundo y producen una nota
audible. La Tierra completa, después de haber sido sacudida por un terremoto, puede
continuar vibrando a un ritmo del una oscilación por hora aproximadamente. El mismo
cuerpo humano es un fabuloso recipiente de fenómenos vibratorios; nuestros corazones
laten, nuestros pulmones oscilan, tiritamos cuando tenemos frío, a veces roncamos,
podemos oír y hablar gracias a que vibran nuestros tímpanos y laringes. Las ondas
luminosas que nos permiten ver son ocasionadas por vibraciones. Nos movemos porque
hacemos oscilar las piernas. Ni siquiera podremos decir correctamente “vibración" sin que
oscile la punta de nuestra lengua.. Incluso los átomos que componen nuestro cuerpo vibran.
La traza de un electrocardiograma, mostrada en la figura, registra la actividad eléctrica
rítmica que acompaña el latido de nuestros corazones.
Definición y características
¿Qué es un movimiento oscilatorio?
¡Es un movimiento de vaivén! ¿Podemos hacer una descripción científica? Si estudiamos el
movimiento de un número de objetos podemos quizás contestar a la pregunta. Si una masa
se suspende a partir de un resorte, se tira hacia abajo y después se suelta, se producen las
oscilaciones
El balanceo de una bolita en una pista curvada, la bolita oscila hacia delante y atrás de su
posición de reposo. Una masa suspendida del extremo de una cuerda (un péndulo simple),
cuando la masa se desplaza de su posición de reposo y se la suelta se producen las
oscilaciones.
Un carrito atado entre dos soportes en un plano horizontal por medio de resortes oscilará
cuando el carrito se desplaza de su posición de reposo y después se suelta.
Una regla afianzada con abrazadera en un extremo a un banco oscilará cuando se presiona
y después se suelta el extremo libre.
MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE
Es un movimiento periódico, oscilatorio y vibratorio en ausencia de fricción, producido por
la acción de una fuerza recuperadora que es directamente proporcional al desplazamiento
pero en sentido opuesto. Y que queda descrito en función del tiempo por una función
armónica (seno o coseno).
El movimiento armónico simple es un movimiento periódico de vaivén, en el que un cuerpo
oscila de un lado al otro de su posición de equilibrio, en una dirección determinada, y en
intervalos iguales de tiempo.
Por ejemplo, es el caso de un cuerpo colgado de un muelle oscilando arriba y abajo. El
objeto oscila alrededor de la posición de equilibrio cuando se le separa de ella y se le deja
en libertad. En este caso el cuerpo sube y baja.
Es también, el movimiento que realiza cada uno de los puntos de la cuerda de una guitarra
cuando esta entra en vibración; pero, pongamos atención, no es el movimiento de la cuerda,
sino el movimiento individual de cada uno de los puntos que podemos definir en la cuerda.
El movimiento de la cuerda, un movimiento ondulatorio, es el resultado del movimiento
global y simultáneo de todos los puntos de la cuerda.
¿Qué es el efecto fotoeléctrico?
Comúnmente se considera que el efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones de una
superficie metálica cuando ésta es iluminada por luz. Un arreglo experimental para estudiar
el efecto consiste de dos placas metálicas paralelas dentro de una botella a la que se le ha
practicado vacío. Estas placas son conectadas a un amperímetro y a una batería con un
potenciómetro que permite no sólo variar el potencial entre las placas sino además su
signo. El experimento se lleva a cabo iluminando la superficie del cátodo (emisor), y como
resultado se mide una pequeña corriente eléctrica en el amperímetro. Si hay una lectura de
corriente, entonces hubo transferencia de electrones de una placa a la otra. Posteriormente
se varía el potencial entre las placas, lo cual modifica la intensidad de la corriente medida
por el amperímetro. Cuando este potencial se hace negativo, oponiéndose al movimiento
de los electrones, se encuentra que existe un potencial de umbral,! V0, para el cual la
corriente cesa. Este potencial multiplicado por la carga del electrón es la energía cinética
máxima de los electrones foto-emitidos.
Básicamente los experimentos muestran que: (1) La energía cinética de los fotoelectrones
son independientes de la intensidad de la luz; (2) La energía cinética máxima de los
fotoelectrones, ! Kmax =eV0, depende solamente de la frecuencia o longitud de onda de la
radiación incidente; (3) La función de trabajo ! w0 del material emisor determina la
frecuencia de umbral de la luz que puede liberar a los electrones. (4) El número de
fotoelectrones liberados es proporcional a la intensidad de la luz.
El efecto fotoeléctrico en la vida diaria
Es muy curioso que en los lugares menos esperados o sin que siquiera lo notemos, las
ideas revolucionarias de Einstein están presentes. Las aplicaciones del efecto fotoeléctrico
las encontramos en: Camaras, en el dispositivo que gobierna los tiempos de exposición; en
detectores de movimiento; en el alumbrado público; como regulador de la cantidad de tener
en la máquinas copiadoras; en las celdas solares muy útiles en satélites, calculadoras, y
relojes. Las aplicaciones las encontramos, también, cuando asistimos a una función de cine
ya que el audio que escuchamos es producido por señales eléctricas que son provocadas por
los cambios de intensidad de la luz al pasar por la pista sonora que viene en la cinta
cinematográfica. Pero es muy interesante que el efecto fotoeléctrico se aplica en los
¡alcoholímetros! en donde la reacción del alcohol con una sustancia de prueba provoca
cambios de color los cuales son medidos por el dispositivo, la lectura nos permite entonces
saber la concentración de alcohol en el individuo. Estamos inmersos en un mundo
tecnológico que Einstein descubrió para nosotros.
Dualidad de la luz
Desde sus inicios, la física ha sido utilizada como herramienta para lograr predecir
fenómenos cuyos efectos puedan ser utilizados posteriormente en el uso de nuevas
tecnologías. El comportamiento de la luz, fenómeno familiar para la humanidad desde
siempre, ha podido ser explicado tan solo hasta hace poco tiempo atrás, y es que en nuestra
lógica nos es difícil comprender lo complejo (de nuevo, en nuestra lógica) que puede llegar
a ser el comportamiento de aquellas partículas que todo constituyen.
El comienzo de su estudio, denominaría la luz como onda, pues la experiencia humana
indicaba la incapacidad de ver aquello como un algo con masa aunque posiblemente si con
un lugar en el espacio. Sin embargo entraría en la historia Newton en el siglo XVII
definiendo este fenómeno como corpuscular, con el principal argumento de que su
propagación se llevaba a cabo en línea recta, además explicaba fácilmente el fenómeno de
reflexión de la luz. En sus comienzos, muchos serían los contradictores, sin embargo, dicha
teoría perduraría hasta comienzos del siglo XIX, en donde un importante experimento
conduciría a nuevas conclusiones, el experimento de Young, se apreciaba como la luz
presentaba interferencia y difracción, fenómenos característicos de las ondas. Sería tan solo
hasta comienzos del siglo XX en donde se definiría lo que hoy se conoce como dualidad
onda-corpúsculo gracias a la inventiva, creatividad y análisis del científico alemán Albert
Einstein, quien por medio de la explicación del efecto fotoeléctrico llegaría a esta
conclusión.
El efecto fotoeléctrico consiste en la aparición de corriente sobre un material conductor
cuando sobre su superficie incide un rayo de luz cuya frecuencia debe ser superior a cierto
valor característico para cada material. Lo que ocurre en este caso se explica
comprendiendo la luz como un “algo” compuesto por diminutas partículas llamadas
fotones, aunque con frecuencia y longitud de onda. Dichas partículas al estar en
movimiento producían cierto valor de energía. En el efecto fotoeléctrico dicha energía
incide sobre los átomos haciendo que los electrones que necesitan menos energía para salir,
salgan del átomo, produciéndose por tanto la corriente mencionada. Lo curioso en esta
experiencia era que a mayor intensidad de luz, la corriente no variaba, en cambio al
aplicarse luz con una mayor frecuencia, la corriente era de mayor valor, lo que hacía notar
que eran más los electrones liberados y por tanto más la energía que portaban los fotones
constituyentes de dicha luz. Científicos que habían trabajado sobre el tema pasaron por alto
este hecho, sin embargo Einstein no lo hizo logrando así conseguir llevarse el premio Nobel
en 1921. Esto nos lleva a plantearnos algunos interrogantes, ¿es posible que toda onda
tenga propiedades de partícula? y si es así ¿cómo definimos las diferencias entre onda y
partícula?, ¿es realmente la energía transmitida por las distintas formas de ondas
independiente de algún tipo materia que la porte?.
Las ondas como tales, se producen gracias al movimiento armónico oscilatorio de
partículas al interior de una material. Entonces, así como la luz posee partículas que se
encargan de “llevar” la energía producida, el resto de aquellos comportamientos que
relacionamos más con comportamientos ondulatorios pueden igualmente poseer partículas
diminutas parecidas a los fotones. Según lo planteado por Einstein, la energía es
directamente proporcional a la frecuencia de onda, con la característica de que dicha onda
es considerada electromagnética. ¿Podrán ondas como las mecánicas, por poner un
ejemplo, de igual manera poseer partículas que se encarguen de portar esa energía
producida internamente en la vibración de aquellas partículas del material de donde se
originó la onda?. El hecho de haber deducido que la luz actúa como un corpúsculo y a la
vez como una onda, de igual manera como lo hacen el resto de ondas electromagnéticas,
nos lleva a pensar en que posiblemente se tenga una relación más estrecha entre ondas y
partículas.
Todo esto apunta a una sola tendencia, unificar el concepto de onda y partícula. Entonces
podemos pensar en las ondas como un conjunto de un tipo de partículas especiales
derivadas de la perturbación de un medio en el que se ven involucradas varias partículas de
mayor tamaño. La experiencia nos muestra que las ondas son productos del cambio de
condiciones dentro de cierta “materia”, como el movimiento de partículas en conjunto,
causado por diversas situaciones como fuerzas o temperatura simplemente. No sería
descabellado pensar en que existan partículas mucho más pequeñas que las hasta ahora
conocidas, las cuales sean el producto del movimiento de las partículas de un material, las
cuales a su vez sean características del tipo de material y la causa de la onda, y que a su vez
cumplan estrictamente la función de desplazarse portando una energía dependiente de la
vibración de las partículas de mayor tamaño. Se puede comparar esta situación con la de un
choque de dos cuerpos, donde existe indudablemente una perturbación tanto en un cuerpo
como en el otro, así como en el medio que los rodea, estos cuerpos, si la energía es
suficientemente grande puede ocasionar desprendimientos pequeños de partes de ambos
cuerpos, los cuales por estar en movimiento portarán energía. Entonces, la transformación
de energía ya no queda como algo tan conceptual, sino como la acción de interacción
directa de partículas supremamente diminutas. Las distintas “formas” que puedan formarse
a partir de ello, conformarían los diferentes tipos de energía conocidos.
Web-grafía
http://www.fisica.ru/dfmg/teacher/archivos/efecto_fotoelectrico.pdf
http://biblioteca.pucp.edu.pe/docs/elibros_pucp/medina_hugo/Medina_Fisica2_Cap2.pdf
http://www.eis.uva.es/~qgintro/atom/tutorial-09.html
http://www.investigacionyciencia.es/investigacion-y-ciencia/numeros/1995/2/la-dualidad-en-lamateria-y-en-la-luz-3029