Instituto Nacional José Dolores Estrada. Nandaime. Guía No. 1 de Autoaprendizaje, Reforzamiento, Nivelación y Evaluación. Física 11mo D-E Unidad II: Movimiento Ondulatorio. 1.Reconoce las condiciones que son necesarias para que se genere una onda y cita ejemplos de ello. 2.Comprende las características y la clasificación de onda e identifica en la vida diaria sus aplicaciones. 1.1 Movimiento Ondulatorio. Observa las siguientes imágenes: ¿Qué tienen en común? Quizá hayas llegado a la conclusión que al tirar una piedra sobre un charco de agua se producen círculos continuos, que las olas del mar se mueven de forma periódica, que la sirena de una ambulancia puede escucharse a grandes distancias, que al hacer vibrar las cuerdas de una guitarra se producen tonos musicales o al agitar una cuerda se pueden observar ondulaciones. A este fenómeno se le llama Movimiento Ondulatorio, y el resultado de esas perturbaciones se les denomina ONDAS. Las dos ondas más conocidas son El Sonido (Onda Mecánica) y La Luz (Onda Electromagnética). Una onda mecánica es una onda que no es capaz de transmitir su energía a través del vacío. Las ondas mecánicas requieren un medio para transportar su energía de un lugar a otro. Una onda de sonido es un ejemplo de onda mecánica. Las ondas sonoras son incapaces de viajar a través del vacío. El medio puede ser cualquier material que lleve la onda, pero no las crea, sino que sencillamente sirve para transportar su energía. Por ejemplo, imagina cuando una gota de agua cae dentro de un charco. Vemos como el charco emite unas ondas, cuya energía se genera a través de un medio que es el agua. Por otro lado, cuando tocas una puerta de madera, el medio es la madera. La energía de tu golpe se mueve a través de la madera por las ondas. Elaborado por Lic. Omar Alí Moya García| 1 Elementos de una onda Magnitud Período Abreviatura T Frecuencia f Longitud de onda Rapidez de Onda λ v Definición Tiempo en que se completa una oscilación de una onda. La unidad de medida estándar del Período es el Segundo (s). También se le puede decir que el Período se calcula como el tiempo (t) entre el número de oscilaciones (n) Es la magnitud que determina el número de oscilaciones que se producen por unidad de tiempo. Se calcula como el número de oscilaciones (n) entre el tiempo (t). La unidad de medida es el Hertz (Hz), que equivale a tener Distancia que hay entre dos crestas o valles de ondas. Generalmente se mi de en metro (m), y en sus unidades derivadas. Es la rapidez o velocidad con que se propaga una oscilación en un intérvalo de tiempo. Se mide en unidades de m/s. Ecuación 𝑡 𝑇= 𝑛 𝑓= 𝑣= 𝑛 𝑡 𝜆 𝑜 𝑏𝑖𝑒𝑛 𝑣 = 𝜆𝑓 𝑇 Analicemos algunos ejemplos resueltos: 1. Un estudiante de física se adentra al mar en un bote y cuenta que vio pasar 10 olas en un tiempo de 30s. Si la separación aproximada entre una ola y otra es de 5m. Calcula la rapidez de las olas. Datos Análisis Solución Vamos a determinar la rapidez de las olas del mar. n=10 (número de Calculemos el período: Primero debemos calcular la Frecuencia o el 𝑡 30𝑠 oscilaciones u olas) 𝑇= = = 𝟑𝒔 Período de las oscilaciones. t=30s 𝑛 10 λ=5m (distancia entre olas) Con ese dato luego determinamos la rapidez de las olas. Ahora determinamos la rapidez: v=? 𝜆 𝑣=𝑇= Respuesta 5𝑚 3𝑠 =1.6m/s El período de las olas del mar es de 3s y la rapidez con que se mueven las olas es de 1.6m/s 2. Un piano produce sonidos (ondas sonoras) cuya frecuencia es de 100Hz. Determina la longitud de onda si el sonido se propaga a 340m/s. Datos f= 100 Hz V= 340m/s (rapidez del sonido en el aire) λ=? (longitud de onda) Respuesta Análisis De la ecuación de rapidez de onda 𝑣 = 𝜆𝑓 Vamos a despejar la longitud de onda (λ) Solución 𝑣 = 𝜆𝑓 𝑦 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑣 340𝑚/𝑠 𝜆= = = 𝟑. 𝟒𝒎 𝑓 100𝐻𝑧 La longitud de ondas del sonido producido por el piano es de 3.4m 3. Los Rayos X son ondas de luz con frecuencias aproximadas a 𝟏𝒙𝟏𝟎𝟐𝟓 𝑯𝒛. ¿Qué longitud de onda tienen los rayos X? (Rapidez de la luz es de 𝒗 = 𝟑𝒙𝟏𝟎𝟖 𝒎/𝒔) Datos f= 1𝑥1025 𝐻𝑧. 𝑣 = 3𝑥108 𝑚/𝑠 λ=? (longitud de onda) Respuesta Análisis De la ecuación de rapidez de onda Solución 𝑣 = 𝜆𝑓 𝑦 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑣 3𝑥108 𝑚/𝑠 𝜆= = = 𝟑𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟕 𝒎 𝑓 1𝑥1025 𝐻𝑧 𝑣 = 𝜆𝑓 Vamos a despejar la longitud de onda (λ) La longitud de onda de los Rayos X es de 𝟑𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟕 𝒎 Elaborado por Lic. Omar Alí Moya García| 2 Vamos a profundizar un poco más acerca del Sonido. El sonido es el efecto producido por los cuerpos cuando vibran. Es una de las formas de energía. Una vibración es un movimiento pequeño y muy rápido. Cuando algo se mueve, produce una vibración en el aire y así surge el sonido. También el sonido puede producir el movimiento de los cuerpos. El sonido se propaga siempre a través de la materia. Se propaga a través del agua, del aire, del vidrio, los metales.... pero no puede propagarse en el vacío. La velocidad de propagación del sonido depende de la materia por la que se propaga y también de su temperatura. En los sólidos, donde la distancia entre las partículas es fija, la velocidad permanece prácticamente constante. En los líquidos, y sobre todo en los gases, la velocidad aumenta con la temperatura porque las partículas del gas se mueven con más velocidad. El sonido puede ser reflejado y/o absorbido en algunos objetos dependiendo del material con que se encuentre la onda sonora. Algunos materiales absorben más el sonido y lo reflejan menos, es por esto que el sonido se escucha más débil. Otros materiales absorben menos el sonido y lo reflejan más, es por esto que se escuchan más fuertes. Por ejemplo, si el material con que se encuentra la onda sonora es blando y rugoso, aumenta la absorción del sonido. Cuando una onda sonora se propaga y choca contra un obstáculo cambia de dirección y sentido. Este fenómeno se denomina reflexión del sonido. La reflexión de las ondas sonoras puede producir fenómenos como el eco, la reverberación y la resonancia. Regiones del Sonido El oído humano puede responder a frecuencias desde aproximadamente 20 Hz hasta cerca de 20,000 Hz. Esto se llama el rango audible o Región del espectro audible, o bien, Campo auditivo humano. Estos límites varían algo de un individuo a otro. Las ondas sonoras cuyas frecuencias están fuera del rango audible pueden llegar al oído, pero en general no se está consciente de ellas. Las frecuencias arriba de 20,000 Hz se llaman ultrasónicas). Muchos animales pueden oír frecuencias ultrasónicas; por ejemplo, los perros son capaces de oír sonidos de hasta 50,000 Hz, en tanto que los murciélagos detectan frecuencias de hasta 100,000 Hz. Las ondas ultrasónicas tienen muchas aplicaciones útiles en medicina y otras áreas. Las ondas sonoras cuyas frecuencias están debajo del rango audible (es decir, menores que 20 Hz) se llaman infrasónicas. Las fuentes de ondas infrasónicas incluyen sismos, truenos, volcanes y ondas producidas por maquinaria pesada en vibración y algunos animales son capaces de percibirlas. Actividades: Resuelve los siguientes ejercicios y entrega los resultados al docente. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Una onda sonora longitudinal tiene una rapidez de 340 m/s en aire. Esta onda produce un tono con una frecuencia de 1000 Hz. ¿Qué longitud de onda tiene? Una onda transversal tiene una longitud de onda de 0.50 m y una frecuencia de 20 Hz. ¿Qué rapidez tiene? Un estudiante que lee su libro de física en el muelle de un lago nota que la distancia entre dos crestas de olas es de aproximadamente 0.75 m, y luego mide el tiempo entre que llegan dos crestas, obteniendo 1.6 s. ¿Qué rapidez aproximada tienen las olas? Las ondas de luz viajan en el vacío con una rapidez de 300 000 km/s. La frecuencia de la luz visible es de aproximadamente 𝟓𝐱𝟏𝟎𝟏𝟒 Hz ¿Qué longitud de onda aproximada tiene la luz? La gama de frecuencias sonoras que el oído humano puede captar se extiende de cerca de 20 Hz a 20 kHz. La rapidez del sonido en el aire es de 345 m/s. Exprese en longitudes de onda los límites de este intervalo audible. Cierto láser emite luz con una longitud de onda de 𝟔𝟑𝟑𝐱𝟏𝟎−𝟗 m. ¿Cuál sería la frecuencia de esta luz en el vacío? (Rapidez de la luz en el vacío es de 𝟑𝐱𝟏𝟎𝟖 𝐦/𝐬) Elaborado por Lic. Omar Alí Moya García| 3
