Onda estacionaria [editar]

Onda (física)
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
Para otros usos de este término, véase Onda (desambiguación).
Ondas propagadas en agua.
Onda estacionaria formada por la interferencia entre una onda (azul) que avanza hacia la
derecha y una onda (roja) que avanza hacia la izquierda.
En física, una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un
medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se
propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de
naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vacío.
La propiedad del medio en la que se observa la particularidad se expresa como una
función tanto de la posición como del tiempo
. Matemáticamente se dice que
dicha función es una onda si verifica la ecuación de ondas:
donde v es la velocidad de propagación de la onda. Por ejemplo, ciertas perturbaciones
de la presión de un medio, llamadas sonido, verifican la ecuación anterior, aunque
algunas ecuaciones no lineales también tienen soluciones ondulatorias, por ejemplo, un
solitón.
Contenido
[ocultar]


1 Definiciones
2 Elementos de una Onda






3 Características
o 3.1 Polarización
o 3.2 Ejemplos
4 Descripción matemática
o 4.1 Ecuación de onda
o 4.2 Ondas Viajeras
o 4.3 Onda estacionaria
o 4.4 Propagación en cuerdas
5 Clasificación de las ondas
o 5.1 En función del medio en el que se propagan
o 5.2 En función de su propagación o frente de onda
o 5.3 En función de la dirección de la perturbación
o 5.4 En función de su periodicidad
o 5.5 Reflexión
o 5.6 Refracción
6 Véase también
7 Referencias
8 Enlaces externos
Definiciones [editar]
Una vibración puede ser definida como un movimiento de ida y vuelta alrededor de un
punto de referencia. Sin embargo, definir las características necesarias y suficientes que
caracterizan un fenómeno como onda es, como mínimo, algo flexible. El término suele
ser entendido intuitivamente como el transporte de perturbaciones en el espacio, donde
no se considera el espacio como un todo sino como un medio en el que pueden
producirse y propagarse dichas perturbaciones a través de él. En una onda, la energía de
una vibración se va alejando de la fuente en forma de una perturbación que se propaga
en el medio circundante (Hall, 1980: 8). Sin embargo, esta noción es problemática en
casos como una onda estacionaria (por ejemplo, una onda en una cuerda bajo ciertas
condiciones) donde la transferencia de energía se propaga en ambas direcciones por
igual, o para ondas electromagnéticas/luminosas en el vacío, donde el concepto de
medio no puede ser aplicado.
Por tales razones, la teoría de ondas se conforma como una característica rama de la
física que se ocupa de las propiedades de los fenómenos ondulatorios
independientemente de cual sea su origen físico (Ostrovsky y Potapov, 1999). Una
peculiaridad de estos fenómenos ondulatorios es que a pesar de que el estudio de sus
características no depende del tipo de onda en cuestión, los distintos orígenes físicos
que provocan su aparición les confieren propiedades muy particulares que las distinguen
de unos fenómenos a otros. Por ejemplo, la acústica se diferencia de la óptica en que las
ondas sonoras están relacionadas con aspectos más mecánicos que las ondas
electromagnéticas (que son las que gobiernan los fenómenos ópticos). Conceptos tales
como masa, cantidad de movimiento, inercia o elasticidad son conceptos importantes
para describir procesos de ondas sonoras, a diferencia de en las ópticas, donde estas no
tienen una especial relevancia. Por lo tanto, las diferencias en el origen o naturaleza de
las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando
distintos efectos en el medio en que se propagan (por ejemplo, en el caso del aire:
vórtices, ondas de choque. En el caso de los sólidos: Dispersión. En el caso del
electromagnetismo presión de radiación.)
Otras propiedades, sin embargo, pueden ser generalizadas a todas las ondas. Por
ejemplo, teniendo en cuenta el origen mecánico de las ondas sonoras, estas pueden
propagarse en el espacio-tiempo si y solo si el medio no es infinitamente rígido ni
infinitamente flexible. Si todas las partes que constituyen un medio estuvieran
rígidamente ligadas podrían vibrar como un todo sin retraso en la transmisión de la
vibración y, por lo tanto, sin movimiento ondulatorio (o un movimiento de onda
infinitamente rápido). Por otro lado, si todas las partes fueran independientes, no podría
haber ninguna transmisión de la vibración y de nuevo, no habría movimiento
ondulatorio (o sería infinitamente lento). Aunque lo dicho anteriormente no tiene
sentido para ondas que no requieren de un medio, sí muestra una característica relevante
a todas las ondas independientemente de su origen: para una misma onda, la fase de una
vibración (que es el estado de perturbación en que se encuentra una determinada parte
del medio) es diferente para puntos adyacentes en el espacio, ya que la vibración llega a
estos en tiempos distintos.
De la misma forma, el estudio de procesos ondulatorios de distinta índole pueden
permitir la comprensión de los fenómenos propiamente acústicos. Un ejemplo
característico es el principio de interferencia de Young (Young, 1802, en Hunt, 1978:
132); la primera vez que apareció este principio fue en los estudios de Young sobre la
luz y, dentro de algunos contextos específicos (por ejemplo, la dispersión de sonido a
través del sonido), es todavía un aspecto investigado en el estudio de la acústica.
Elementos de una Onda [editar]






Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de
saturación de la onda.
Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda de ir de un punto de máxima
amplitud al siguiente.
Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio
de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir,
crezca o decrezca con el paso del tiempo.
Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración en otras palabras
es una simple repetición de valores por un período determinado.
Valle: Es el punto más bajo de una onda.
Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas.
Características [editar]
A = En aguas profundas.
B = En aguas superficiales. El movimiento elíptico de una partícula superficial se
vuelve suave con la baja intensidad.
1 = Progresión de la onda
2 = Monte
3 = Valle
Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas/montes y valles, y usualmente es
categorizada como longitudinal o transversal. Una onda transversal son aquellas con las
vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen
ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. Ondas longitudinales son aquellas con
vibraciones paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen
ondas sonoras.
Cuando un objeto corte hacia arriba y abajo en una onda en un estanque, experimenta
una trayectoria orbital porque las ondas no son simples ondas transversales sinusoidales.
Ondas en la superficie de una cuba son realmente una combinación de ondas
transversales y longitudinales; por lo tanto, los puntos en la superficie siguen caminos
orbitales.
Todas las ondas tiene un comportamiento común bajo un número de situaciones
estándar. Todas las ondas pueden experimentar las siguientes:





Difracción - Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja
de ir en línea recta para rodearlo.
Efecto Doppler - Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora
de las ondas y el receptor de las mismas.
Interferencia - Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo
punto del espacio.
Reflexión - Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no
puede atravesar, cambia de dirección.
Refracción - Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo
medio en el que viaja a distinta velocidad.

Onda de choque - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se
superponen formando un cono.
Polarización [editar]
Artículo principal: Polarización electromagnética
Una onda es polarizada, si solo puede oscilar en una dirección. La polarización de una
onda transversal describe la dirección de la oscilación, en el plano perpendicular a la
dirección del viaje. Ondas longitudinales tales como ondas sonoras no exhiben
polarización, porque para estas ondas la dirección de oscilación es a lo largo de la
dirección de viaje. Una onda puede ser polarizada usando un filtro polarizador.
Una ola rompiendo contra las rocas.
Ejemplos [editar]
Ejemplos de ondas:






Olas, que son perturbaciones que se propagan por el agua.
Ondas de radio, microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz ultravioleta, rayos
X, y rayos gamma conforman la radiación electromagnética. En este caso, la
propagación es posible sin un medio, a través del vacío. Estas ondas
electromagnéticas viajan a 299,792,458 m/s en el vacío.
Sonoras — una onda mecánica que se propaga por el aire, los líquidos o los
sólidos.
Ondas de tráfico (esto es, la propagación de diferentes densidades de vehículos,
etc.) — estas pueden modelarse como ondas cinemáticas como hizo Sir M. J.
Lighthill
Ondas sísmicas en terremotos.
Ondas gravitacionales, que son fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo
predichas por la relatividad general. Estas ondas aún no han sido observadas
empíricamente.
Descripción matemática [editar]
Onda con amplitud constante.
Ilustración de una onda (en azul) y su envolvente (en rojo).
Desde un punto de vista matemático, la onda más sencilla o fundamental es el armónico
(sinusoidal) la cual es descrita por la ecuación f(x,t) = Asin(ωt − kx)), donde A es la
amplitud de una onda - una medida de máximo vacío en el medio durante un ciclo de
onda (la distancia máxima desde el punto más alto del monte al equilibrio). En la
ilustración de la derecha, esta es la distancia máxima vertical entre la base y la onda.
Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda — las ondas en una cuerda tienen
una amplitud expresada como una distancia (metros), las ondas sonoras como presión
(pascales) y ondas electromagnéticas como la amplitud del campo eléctrico
(voltios/metros). La amplitud puede ser constante, o puede variar con el tiempo y/o
posición. La forma de la variación de amplitud es llamada la envolvente de la onda.
La longitud de onda (simbolizada por λ) es la distancia entre dos montes o valles
seguidos. Suele medirse en metros, aunque en óptica es más común usar los nanómetros
o los Angstroms (Å).
Un número de onda angular k puede ser asociado con la longitud de onda por la
relación:
Las ondas pueden ser representadas por un movimiento armónico simple.
El periodo T es el tiempo para un ciclo completo de oscilación de la onda. La
frecuencia f es cuantos periodos por unidad de tiempo (por ejemplo un segundo) y es
medida en hertz. Esto es relacionado por:
En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una onda son recíprocas entre sí.
La frecuencia angular ω representa la frecuencia en radianes por segundo. Está
relacionada con la frecuencia por
Hay dos velocidades diferentes asociadas a las ondas. La primera es la velocidad de
fase, la cual indica la tasa con la que la onda se propaga, y esta dada por:
La segunda es la velocidad de grupo, la cual da la velocidad con la que las variaciones
en la forma de la amplitud de la onda se propagan por el espacio. Esta es la tasa a la cual
la información puede ser transmitida por la onda. Está dada por:
Ecuación de onda [editar]
Artículo principal: Ecuación de onda
La ecuación de onda es un tipo de ecuación diferencial que describe la evolución de
una onda armónica simple a lo largo del tiempo. Esta ecuación presenta ligeras variantes
dependiendo de como se transmite la onda, y del medio a través del cual se propaga. Si
consideramos una onda unidimensional que se transmite a lo largo de una cuerda en el
eje x, a una velocidad v y con una amplitud u (que generalmente depende tanto de x y de
t), la ecuación de onda es:
Trasladado a tres dimensiones, sería
donde
es el operador laplaciano.
La velocidad v depende del tipo de onda y del medio a través del cual viaja.
Jean Le Rond d'Alembert obtuvo una solución general para la ecuación de onda en una
dimensión:
Esta solución puede interpretarse como dos impulsos viajando a lo largo del eje x en
direcciones opuestas: F en el sentido +x y G en el -x. Si generalizamos la variable x,
reemplazándola por tres variables x, y, z, entonces podemos describir la propagación de
una onda en tres dimensiones.
La ecuación de Schrödinger describe el comportamiento ondulatorio de las partículas
elementales. Las soluciones de esta ecuación son funciones de ondas que pueden
emplearse para hallar la densidad de probabilidad de una partícula.
Ondas Viajeras [editar]
Una onda simple u onda viajera es una perturbación que varía tanto con el tiempo t
como con la distancia z de la siguiente manera:
donde A(z,t) es la amplitud de la onda, k es el número de onda y φ es la fase. La
velocidad de fase vf de esta onda está dada por
donde λ es la longitud de onda.
Onda estacionaria [editar]
Artículo principal: Onda estacionaria
Onda estacionaria en un medio estático. Los puntos rojos representan los nodos de la
onda.
Una onda estacionaria es aquella que permanece fija, sin propagarse a través del medio.
Este fenómeno puede darse, bien cuando el medio se mueve en sentido opuesto al de
propagación de la onda, o bien puede aparecer en un medio estático como resultado de
la interferencia entre dos ondas que viajan en sentidos opuestos.
La suma de dos ondas que se propagan en sentidos opuestos, con idéntica amplitud y
frecuencia, dan lugar a una onda estacionaria. Las ondas estacionarias normalmente
aparecen cuando una frontera bloquea la propagación de una onda viajera (como los
extremos de una cuerda, o el bordillo de una piscina, más allá de los cuales la onda no
puede propagarse). Esto provoca que la onda sea reflejada en sentido opuesto e
interfiera con la onda inicial, dando lugar a una onda estacionaria. Por ejemplo, cuando
se rasga la cuerda de un violín, se generan ondas transversales que se propagan en
direcciones opuestas por toda la cuerda hasta llegar a los extremos. Una vez aquí son
reflejadas de vuelta hasta que interfieren la una con la otra dando lugar a una onda
estacionaria, que es lo que produce su sonido característico.
Las ondas estacionarias se caracterizan por presentar regiones donde la amplitud es nula
(nodos), y regiones donde es máxima (vientres). La distancia entre dos nodos o vientres
consecutivos es justamente λ / 2, donde λ es la longitud de onda de la onda estacionaria.
Al contrario que en las ondas viajeras, en las ondas estacionarias no se produce
propagación neta de energía.
Ver también: Resonancia acústica, resonador de Helmholtz, y tubo de órgano
Propagación en cuerdas [editar]
La velocidad de una onda viajando a través de una cuerda en vibración (v) es
directamente proporcional a la raíz cuadrada de la tensión de la cuerda (T) por su
densidad lineal (μ):
Clasificación de las ondas [editar]
Las ondas se clasifican atendiendo a diferentes aspectos:
En función del medio en el que se propagan [editar]
Tipos de ondas y algunos ejemplos.



Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido,
líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor
de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del
medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la
alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. 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 elásticas, las ondas sonoras y las ondas de
gravedad.
Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el
espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío.
Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las
oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético
asociado. Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad
de 300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en
rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro
Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las ondas.
Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que
alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas
viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por
ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo.
En función de su propagación o frente de onda [editar]



Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se
propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los
muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus
frentes de onda son planos y paralelos.
Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos
direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una
superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son
las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por
ejemplo, se deja caer una piedra en ella.
Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres
direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas
esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la
fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una
onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas)
y las ondas electromagnéticas.
En función de la dirección de la perturbación [editar]


Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del
medio se mueven (ó vibran) paralelamente a la dirección de propagación de la
onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal.
Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del
medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
En función de su periodicidad [editar]


Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos
repetitivos por ejemplo una onda senoidal.
Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el
caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características
diferentes. Las ondas aisladas también se denominan pulsos.
Reflexión [editar]
Artículo principal: Reflexión
Se produce cuando una onda encuentra en su recorrido una superficie contra la cual
rebota, después de la reflexión la onda sigue propagándose en el mismo medio y los
parámetros permanecen inalterados. El eco es un ejemplo de Reflexión.
Refracción [editar]
Artículo principal: Refracción
Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a
otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de
los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina
en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es
precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el
vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.
Onda longitudinal
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
Propagación de una onda.
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.
La figura ilustra el caso de una onda sonora. Si imaginamos un foco puntual generador
del sonido, los frentes de onda (en rojo) se desplazan alejándose del foco, transmitiendo
el sonido a través del medio de propagación, por ejemplo aire.
Por otro lado, cada partícula de un frente de onda cualquiera oscila en dirección de la
propagación, esto es, inicialmente es empujada en la dirección de propagación por
efecto del incremento de presión provocado por el foco, retornando a su posición
anterior por efecto de la disminución de presión provocada por su desplazamiento. De
este modo, las consecutivas capas de aire (frentes) se van empujando unas a otras
transmitiendo el sonido.
Onda transversal
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
Onda plana transversal.
La luz es un ejemplo de onda transversal electromagnética.
Propagación de una onda transversal esférica en una cuadrícula de 2 dimensiones
(modelo empírico).
Una onda transversal es una onda en movimiento que se caracteriza porque sus
oscilaciones ocurren perpendiculares a la dirección de propagación. Si una onda
transversal se mueve en el plano x-positivo, sus, oscilaciones van en dirección arriba y
abajo que están en el plano y-z.
Manteniendo una traza comparamos la magnitud del desplazamiento en instantes
sucesivos y se aprecia el avance de la onda. Transcurrido un tiempo la persistencia de la
traza muestra como todos los puntos pasan por todos los estados de vibración.
Sin embargo para conocer como cambia el desplazamiento con el tiempo resulta más
práctico observar otra gráfica que represente el movimiento de un punto. Los puntos en
fase con el seleccionado vibran a la vez y están separados por una longitud de onda. La
velocidad con que se propaga la fase es el cociente entre esa distancia y el tiempo que
tarda en llegar. Cualquier par de puntos del medio en distinto estado de vibración están
desfasados y si la diferencia de fase es 90º diremos que están oposición. En este caso los
dos puntos tienen siempre valor opuesto del desplazamiento como podemos apreciar en
el registro temporal. Este tipo de onda transversal igualmente podría corresponder a las
vibraciones de los campos eléctrico y magnético en las ondas electromagnéticas. Una
onda electromagnética que puede propagarse en el espacio vacío no produce
desplazamientos puntuales de masa. Son ondas transversales cuando una onda por el
nodo se junta con la cresta y crea una gran vibración.
Ultrasonido
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
Un ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima del
espectro audible del oído humano (aproximadamente 20.000 Hz).
Algunos animales como los delfines y los murciélagos lo utilizan de forma parecida al
radar en su orientación. A este fenómeno se lo conoce como ecolocalización. Se trata de
que las ondas emitidas por estos animales son tan altas que “rebotan” fácilmente en
todos los objetos alrededor de ellos, esto hace que creen una “imagen” y se orienten en
donde se encuentran.
Contenido
[ocultar]



1 Usos
2 Imágenes por ultrasonido en el cuerpo humano
3 Fusión fría



4 Fisioterapia
5 Véase también
6 Enlaces externos
Usos [editar]
Los ultrasonidos, son utilizados tanto en aplicaciones industriales (medición de
distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros), como
en medicina (ver por ejemplo ecografía, fisioterapia, ultrasonoterapia).
En el campo médico se le llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el
doppler fetal, el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar la
frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno.
Tambien son utilizados como repelente para insectos. Hay varias aplicaciones para
computadoras y celulares, las cuales reproducen una onda acustica como fue explicado
anteriormente, la cual molesta a los insectos, en especial a los mosquitos.
Infrasonido
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
Un infrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por debajo del
espectro audible del oído humano (aproximadamente 20 Hz).
El infrasonido es utilizado por animales grandes como el elefante para comunicarse en
amplias distancias (sonidos de 100 dB SPL [Nivel de Presión de Sonido] a unos pocos
kilómetros a la redonda) sin problema alguno. La clave de que estos animales puedan
oír a dichas distancias es la separación de sus oídos, ya que esta es directamente
proporcional a la frecuencia de onda que pueden captar (en diferencia con los animales
de cabezas pequeñas). Recientemente, se ha demostrado que los elefantes registran el
infrasonido no sólo con sus oídos, sino también al sentir las vibraciones producidas por
ellos mismos mediante sus patas, ya que sus uñas actúan como sensores conductores de
sonidos de baja frecuencia.
Los desastres naturales como erupciones volcánicas, terremotos y tornados producen
sonidos de una intensidad comparable con el sonido que hace una bomba atómica en su
explosión, con la diferencia de que al estar por debajo de los 20 Hz son inaudibles al
oído humano; lo que ha permitido iniciar investigaciones vulcanológicas y
meteorológicas, para evitar futuros desastres.
La principal aplicación de los infrasonidos es la detección de objetos. Esto se hace
debido a la escasa absorción de estas ondas en el medio, a diferencia de los ultrasonidos,
como veremos. Por ejemplo una onda plana de 10 Hz se absorbe cuatro veces menos
que una onda de 1000 Hz en el agua. Al emil le da la regla. El inconveniente es que los
objetos a detectar deben ser bastante grandes ya que, a tales frecuencias, la longitud de
la onda es muy grande lo cual limita el mínimo diámetro del objeto. Como ejemplo
diremos que un infrasonido de 10 Hz tiene una longitud de onda de 34 m en el aire,
luego los objetos a detectar deben tener un tamaño del orden de 20 m en el aire y 100 m
en el agua.
Por su parte depredadores como los tigres utilizarían estas frecuencias presentes en sus
rugidos como un complemento de sus tácticas de caza, no para ubicar a sus posibles
presas sino por el efecto paralizante que puede llegar a tener el infrasonido.
Curiosos fenómenos ligados a los infrasonidos [editar]
Los infrasonidos pueden alcanzar largas distancias atravesando obstáculos sólidos.
Pueden ser oídos por algunos animales con el oído adaptado a percibir frecuencias
distintas a las del humano. Por ejemplo, los elefantes pueden oir 15 Hz a 2 km de
distancia, también tigres y ballenas usarían infrasonidos para comunicarse.
Los infrasonidos son también normalmente producidos por el cuerpo humano, por
ejemplo los músculos al resbalar unos sobre otros para permitir movimientos pueden
producir infrasonidos de 25 Hz, el corazón produce infrasonidos en torno a los 20 Hz,
incluso las orejas provocan infrasonidos (emisión otoacústica espontánea).[1]
Se considera que los infrasonidos aunque no son conscientemente perceptibles pueden
provocar estados de ansiedad, tristeza, temblores en ocasiones por imperceptibles
desplazamientos de aire.[2] Por ejemplo, ondas de elevado volumen pero comprendidas
entre los 0,5 y 10 Hz, son suficientes para hacer vibrar al vestíbulo (parte del laberinto
auricular, en el oído interno).
Los infrasonidos producidos por motores como los de ciertos acondicionadores de aire o
aviones de reacción pueden provocar vértigos, náuseas y cefaleas al ser afectado el
laberinto auricular[1]
Vic Tandy, de la Universidad de Coventry, (Inglaterra) en 1998 explicó cómo los
infrasonidos pueden producir la impresión "concreta" de "sitios embrujados". Demostró
que los infrasonidos provocaban una pseudopercepción de movimientos a los costados
del campo visual. Esta falsa perecepción podía esta provocada por un ventilador, ya que
este objeto produce una frecuencia de 18,98 Hz.[3] Incidentalmente la longitud de la sala
en la cual Tandy notó esos fenómenos era una fracción unitaria de la longitud de onda
que provocaba el ventilador, por lo que provocaría una onda estacionaria y tal onda
ilusiones ópticas al resonar en los humores de los ojos humanos, tales ilusiones eran
consideradas por algunos como "fantasmas".[4
Difracción
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
Patrón de difracción obtenido por una rendija simple.
Difracción.
En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas que consiste en la
dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo. 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 angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un
rayo más amplio a una cierta distancia del emisor.
Comparación entre los patrones de difracción e interferencia producidos por una doble
rendija (arriba) y cinco rendijas (abajo).
El fenómeno de la difracción es un fenómeno de tipo interferencial y como tal requiere
la superposición de ondas coherentes entre sí.
Se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto, por
tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que
el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda.
En el espectro electromagnético los Rayos X tienen longitudes de onda similares a las
distancias interatómicas en la materia. Es posible por lo tanto utilizar la difracción de
rayos X como un método para explorar la naturaleza de la estructura cristalina. La
difracción producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.
Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posible
observar la difracción de partículas como neutrones o electrones. En los inicios de la
mecánica cuántica este fue uno de los argumentos más claros a favor de la descripción
ondulatoria que realiza la mecánica cuántica de las partículas subatómicas.
Como curiosidad, esta técnica se utilizó para intentar descubrir la estructura del ADN, y
fue una de las pruebas experimentales de su estructura de doble hélice propuesta por
James Watson y Francis Crick en 1953.
Principio de Fresnel - Huygens
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsqueda
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.
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 Snell también 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.
Principio de superposición
De Wikipedia, la enciclopedia libre
(Redirigido desde Principio de superposición (física))
Saltar a navegación, búsqueda
El principio de superposición o teorema de superposición es un resultado
matemático que permite descomponer un problema lineal en dos o más subproblemas
más sencillos, de tal manera que el problema original se obtiene como "superposición" o
"suma" de estos subproblemas más sencillos.
Técnicamente, el principio de superposición afirma que cuando las ecuaciones de
comportamiento que rigen un problema físico son lineales, entonces el resultado de una
medida o la solución de un problema práctico relacionado con una magnitud extensiva
asociada al fenómeno, cuando están presentes los conjuntos de factores causantes A y
B, puede obtenerse como la suma de los efectos de A más los efectos de B.
Contenido
[ocultar]

1 Ejemplos
o 1.1 Teorema de superposición en electrónica
o 1.2 Campos de fuerzas en mecánica newtoniana
o 1.3 Problemas en mecánica de sólidos
o 1.4 Problemas en teoría de la elasticidad
Ejemplos [editar]
Teorema de superposición en electrónica [editar]
Artículo principal: Teorema de superposición
En el teorema de superposición en teoría de circuitos se establece que la tensión entre
dos nodos de un circuito o la corriente que atraviesa una rama es igual a la suma de las
tensiones o de las corrientes producidas por cada uno de los generadores de tensión y de
los generadores de corriente del circuito. En cada uno de los cálculos parciales, se
conserva uno solo de los generadores y se remplazan los otros generadores de tensión
por cortocircuitos y los otros generadores de corriente por circuitos abiertos.
Campos de fuerzas en mecánica newtoniana [editar]
En mecánica newtoniana el laplaciano del campo gravitatorio es proporcional a la
densidad de masa; eso hace que la igualdad de distribución y a distancias idénticas el
campo sea proporcional a la densidad de masa (sin embargo, en teoría de la relatividad
general, el campo gravitatorio viene descrito en términos de ecuaciones diferenciales
no-lineales).
Otro ejemplo lo constituyen los campos electrostático y magnetostático, que tanto en
mecánica clásica como en teoría de la relatividad resultan lineales; es decir, el potencial
eléctrico y el potencial vector, fijada una distribución de cargas, es proporcional al valor
de éstas.
Problemas en mecánica de sólidos [editar]
Las ecuaciones de equilibrio de un sólido resistente que relacionan las fuerzas exteriores
sobre un sólido con las tensiones internas son lineales; eso significa que para cualquier
sólido que no plastifique, si se duplica en valor de las fuerzas se duplicará el valor de las
tensiones.
Eso sucede con independencia de la ecuación constititutiva del material, sea éste o no
elástico, siempre y cuando el estado final no dependa del modo de aplicación de las
cargas. En problemas de plasticidad esta condición no se cumple en general, ya que el
estado final depende de la "trayectoria" que siga el estado tensional; es decir, del modo,
orden y velocidad con la que se aplican las cargas.
Problemas en teoría de la elasticidad [editar]
Para un amplio rango de tensiones y deformaciones, en los materiales elásticos la
tensión es proporcional a la deformación (es decir, que las componentes de los tensores
de deformación y tensión están relacionadas linealmente).
Si, además, las fuerzas sobre los cuerpos son moderadas y las deformaciones resultan
pequeñas (del orden del 10-2 o 10-3), entonces los desplazamientos de los puntos del
sólido resultan, salvo por un movimiento de sólido rígido, casi-proporcionales a las
deformaciones. Este último hecho se usa comúnmente en la resolución de problemas
prácticos en ingeniería, donde se usa muy extensivamente el principio de superposición
en términos de fuerzas y desplazamientos.
Velocidad de propagación de una onda
De Wikillerato
Saltar a navegación, búsqueda
Todas las ondas tienen una velocidad de propagación finita., en la cuyo valor influyen
las fuerzas recuperadoras elásticas del medio y determinados factores de la masa del
medio: la densidad lineal en las cuerdas; la profundidad del agua bajo la superficie, o el
coeficiente adiabático, la masa molecular y la temperatura en el caso de la propagación
del sonido en un gas.
En todos los casos la velocidad es constante y, como siempre, será:
Pero veamos qué es el
que la onda recorre en un tiempo
.
El periodo será el tiempo que transcurre entre dos instantes consecutivos en los
cuales un punto del medio vuelve a poseer las mismas propiedades. Será pues igual
siendo la frecuencia del movimiento oscilatorio del punto.
Por su parte el espacio recorrido por la onda en ese tiempo será la distancia en tre dos
puntos consecutivos que se encuentran con la misma propiedad. A esa distancia se le
llama longitud de onda, .
Por lo tanto
No obstante, esa velocidad puede medirse en algunos casos. Así:
a) Velocidad a lo largo de una cuerda Podrá realizarse midiendo el tiempo que tarda un
pulso en llegar desde un punto A hasta otro B de la cuerda.
La ecuación que, de un modo general, nos permite determinar la velocidad en una
cuerda es
Donde es la tensión a la que se encuentra sometida la cuerda. En la experiencia
descrita es el peso de la masa , es decir,
.
b) Velocidad en la superficie de un líquido
Con una cubeta de ondas medimos la distancia entre dos máximos consecutivos que se
mantienen aparentemente inmóviles (ver experiencia de la cubeta de ondas). Conocida
la frecuencia del estroboscopio se determina la velocidad con bastante precisión.
Véase la experiencia con la cubeta de ondas
c) Velocidad de las ondas sonoras
Con un generador de baja frecuencia y un altavoz podemos producir sonido. Con
micrófono recibirlo. Si conectamos los bornes que salen del generador a una de las vías,
la A por ejemplo, de un osciloscopio, en éste, observaremos las ondas emitidas. Si
conectamos los bornes del altavoz a la otra vía del osciloscopio, la B, observaremos una
onda de la misma longitud de onda y frecuencia, pero de diferente Amplitud,
consecuencia de que la energía que emite el altavoz se tiene que repartir entre todos los
puntos del espacio que se encuentren, con relación al altavoz, a la misma distancia que
el micrófono.
Colocamos el micrófono a una distancia del altavoz tal que los valles de la onda que se
observa en A coincida con las crestas de la onda que aparece en B.
Alejamos el altavoz siguiendo una regla que hemos colocado en la mesa de
experimentación. Se observa que la onda de la vía B se va desplazando con relación a la
onda de la vía A, al mismo tiempo que pierde amplitud. Llegamos a una situación en la
cual las crestas de la vía A y de la vía B coinciden. La distancia recorrida por el altavoz
es
. Si tomamos nota de la frecuencia emitida por el generador de baja frecuencia,
podremos calcular la velocidad del sonido en el aire en esas condiciones de presión y
temperatura.
No obstante, siempre se puede medir como hizo Galileo. Desde un punto situado a una
distancia conocida del lugar donde nos encontramos en el campo, se puede ver un
fogonazo resultado de una explosión, el ruido de la explosión no nos llega hasta pasado
unos segundos. Obtener v es sencillo. De hecho en los fuegos artificiales es fácil
observarlo, pues hoy los cohetes alcanzan una altura notable.
De un modo general, la velocidad del sonido en un gas es:
Donde es el coeficiente adiabático de un gas, que depende de si las moléculas de la
sustancia son monoatómicas (caso de un gas noble), biatómicas (caso del aire) o
triatómicas (caso del dióxido de carbono).
Para el aire
es la densidad del gas, su volumen, su presión y la temperatura, la constante
de los gases, la masa molecular (para el aire 28,89), su masa y el número de
moles.
Dado que
ecuación
,
y
, se obtiene la forma última de expresar la
d) Para medir la velocidad de la luz son necesarios aparatos y procedimientos más
sofisticados que exceden los estudios de bachillerato. En el vacío es:
Donde es la constante dieléctrica del vacío o permitividad y
magnética del vacío.
es la permeabilidad
Conclusión
- La velocidad es independiente de la forma y de energía (nos viene dada por la
amplitud, A) que transporta la onda.
Así, el sonido emitido por cualquier instrumento musical, independientemente
de la amplitud del sonido, se propagan a ala misma velocidad en el aire, de otro
modo no sería posible la formación de orquestas sinfónicas. Ni de cuerda, etc
- Sin embargo, la velocidad depende de la naturaleza del medio y de su estado.
Por ejemplo, la elasticidad del medio y su inercia tienen mucha importancia en
el valor que adquiere la velocidad.