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Tema 5. Vibraciones y ondas
¿Qué es un movimiento periódico?
Fenómeno observable que se repite cada cierto
intervalo de tiempo.
Fenómenos periódicos
El movimiento de un péndulo
La oscilación de
una masa acoplada a un muelle
Movimiento de la Tierra alrededor del Sol,
El giro de
las manecillas de un reloj
...
Galileo estableció las leyes del péndulo
observando las
oscilaciones de las lámparas de la catedral de Pisa
De todos los fenómenos periódicos podemos definir:
PERÍODO
Tiempo que tarda el fenómeno en repetirse (s)
FRECUENCIA
número de veces que se repite el fenómeno por una unidad de tiempo (Hz)
Movimientos periódicos
Magnitudes que caracterizan a una onda.
Elongación (metros):
Es la separación de un punto
del medio de su posición de equilibrio
Cuando la elongación es máxima hablamos de
AMPLITUD
.
Distancia de separación al foco emisor
(metros):
Es la distancia que existe desde el foco emisor de la
perturbación
a un punto cualquiera de medio alcanzado por el
movimiento ondulatorio
El perfil del
movimiento de todos los puntos del medio alcanzados por el movimiento
para un tiempo concreto nos proporciona una gráfica como la siguiente:
Periodo (T) (segundos):
Es el tiempo que tarda un
punto del medio en realizar una vibración completa.
Gráficamente se
obtiene de la representación y vs t.
Longitud de onda ( λ ) (metros):
Es la distancia de
separación entre dos puntos del medio alcanzados por el movimiento
ondulatorio y que están en el mismo estado de vibración.
La longitud de
onda de un movimiento ondulatorio depende
tanto del medio por el que
se propaga la onda como de las características del foco emisor.
Gráficamente se obtiene de la representación y vs x.
Frecuencia (f) (Hz):
Es una propiedad intrínseca del foco emisor y no del medio
Se mantiene constante cuando la onda cambia de medio.
Frecuencia angular ( ω ) (rad/s):
Se calcula de la misma forma que para un MAS
Es una magnitud sin significado físico concreto pero de utilidad para las ecuaciones de onda
Velocidad de propagación o velocidad de fase ( v p ) (m/s):
Es la
distancia que recorre la onda en un tiempo igual al periodo,
el tiempo que tarda la onda en
avanzar una longitud de onda.
posee las siguientes características:
Los medios sólidos propagan ondas transversales y longitudinales,
y en éstos medios la
velocidad de propagación aumenta con la rigidez del medio y disminuye con la densidad.
Los medios fluidos solo propagan ondas longitudinales.
En estos medios la velocidad de
propagación de una onda depende de su densidad.
Depende de las propiedades mecánicas del medio y no del foco emisor.
No debes confundir velocidad de propagación con velocidad de vibración,
que es
la velocidad que has calculado en los MAS derivando la expresión de la elongación en función
del tiempo
No de ondas (k) (rad/m):
Es el numero de longitudes de
onda que contiene una longitud de 2π.
Podemos expresar la velocidad de propagación en función del no de ondas:
Cresta y valle:
Son el punto mas alto y mas bajo de una
onda respectivamente.
PARÁMETROS ASOCIADOS AL DESPLAZAMIENTO DE LA ONDA
DESFASE O DIFERENCIA DE FASE:
Es la separación en grados,
radianes o fracciones de onda de dos puntos del medio alcanzados
por el movimiento ondulatorio
PUNTOS DEL MEDIO EN CONCORDANCIA DE FASE Y PUNTOS DEL
MEDIO EN OPOSICION DE FASE:
Decimos que dos puntos del medio alcanzados por un mismo movimiento
ondulatorio están
CONCORDANCIA DE FASE
o simplemente en
FASE si ambos puntos se encuentran en el mismo estado de
vibración.
¿Qué es un movimiento ondulatorio?. Tipos de ondas.
Movimiento oscilatorio o vibratorio:
El movimiento de vaivén de una
partícula a ambos lados de un punto de equilibrio.
Movimiento armónico simple
Fuerzas restauradoras.
Movimiento ondulatorio:
Es la propagación de un movimiento
vibratorio a través de un medio.
La perturbación que se origina se
llama
ONDA
.
Es una forma de transmisión de energía sin transporte
neto de materia.
EJEMPLO
Cuando dejamos caer una piedra sobre una superficie de agua
Aparecen
ONDAS que nacen en el punto en que cayó la piedra
y se extienden hacia el
exterior.
Si observamos las hojas que hay sobre la superficie,
veremos que
éstas no se desplazan por ella, sino que suben y bajan.
La piedra ha provocado una PERTURBACIÓN en el MEDIO
perturbación que se
PROPAGA por medio de una ONDA
1 more item...
Las perturbaciones que pueden producir ondas son, entre
otras:
4 more items...
Se produce una perturbación en
un lugar del medio llamado FOCO
que se propaga por
él porque las partículas que lo componen vibran de
forma cooperativa
Existe un trasporte neto de
ENERGÍA
, pero no de
MATERIA
TIPOS DE ONDAS
Según su forma de propagación
Transversales:
La onda se propaga en dirección perpendicular a la dirección de
la perturbación:
Las partículas vibran en dirección perpendicular a la dirección
de propagación de la onda.
P.e. la onda producida en
una cuerda o la luz.
Longitudinales:
La onda se propaga en la misma dirección en la que se ha
producido la perturbación:
Las partículas vibran en la misma dirección en que
se propaga la onda. Por ejemplo,
el sonido
.
Según su
naturaleza
Ondas mecánicas o materiales:
Son
ondas que necesitan medio material para su
propagación.
P.e. el sonido, las
ondas sísmicas, las ondas
producidas en un estanque, etc...
Transportan energía mecánica en
su propagación.
Ondas electromagnéticas:
Son ondas
que no necesitan medio material
para su propagación :
se pueden
propagar por el vacío.
Por ejemplo:
la luz, las ondas de radio, los rayos
X.
T r a n s p o r t a n e n e r g í a
e l e c t r o m a g n é t i c a e n s u
propagación.
Según su direccion de propagación
Unidimensionales:
Son ondas que se propagan en una sola dirección, la energía
se propaga unidimensionalmente.
las ondas provocadas en
una cuerda
Bidimensionales:
Son ondas que se propagan en dos direcciones (plano) como
las ondas en un estanque.
Tridimensionales:
Son ondas que se propagan en todas las direcciones del
espacio, como el sonido y la luz.
Según el número de
perturbaciones que se
propagan
Pulso:
Producido por una perturbación
instantánea del medio.
Produce una
sola onda y cada partícula del medio
vuelve a su estado de equilibrio tras
ella.
Tren de ondas u onda viajera:
Producido por una perturbación
continua del medio.
Produce muchas
ondas y cada partícula del medio
se mantiene en movimiento durante un tiempo
