Onda mecánicas - Investogacion de ondas mecánicas PDF

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Investogacion de ondas mecánicas...

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Introducción Las ondas mecánicas son un fenómeno muy común en física, más de lo que creemos. El sonido, la onda propagada por la superficie de un estanque o la onda que se propaga cuando agitamos una cuerda o un muelle. Gracias a esta investigación aprenderemos nuevos conceptos relacionados con las ondas mecánicas, así como las ecuaciones más importantes que envuelven a estas ondas. El uso de esquemas e ilustraciones será muy importante para entender gráficamente el comportamiento de las ondas. Identificaremos los diferentes tipos de onda, por qué es que se clasifican así y como se diferencian entre sí, así como los parámetros que deben de cumplir las ondas para ser consideradas ondas.

Ondas mecánicas Una onda mecánica es una perturbación de las propiedades mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio. En función de la clase de energía propagada podemos clasificar las ondas en dos grandes grupos, ondas electromagnéticas y ondas mecánicas. Las ondas mecánicas serán de nuestro interés en esta actividad. Una onda mecánica es una onda que no es capaz de trasmitir su energía a través del vacío. Las ondas mecánicas requieren de un medio para transportar su energía de un lado a otro. El ejemplo más claro es el sonido, ya que las ondas sonoras son incapaces de viajar por el vacío. El medio puede conducir las ondas, no las crea solamente las transporta, y este medio también va a definir la velocidad con la que se transportan estas ondas. Las ondas mecánicas, que propagan energía mecánica, se caracterizan por que requieren de un medio material para propagarse por lo que también se las puede llamar ondas materiales. Para que una onda se considere mecánica, necesita… -

Una fuente que cree la perturbación Un medio para propagar la perturbación Algún medio físico a través del cual elementos del medio pueden influir el uno al otro.

Componentes de las ondas… -

Longitud de onda (λ); en una onda periódica es la distancia entre dos crestas, dos valles, o dos nudos no consecutivos (figura 1).

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Amplitud (A); magnitud del máximo desplazamiento

Figura 1: longitud de onda

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Periodo (T); en una onda periódica es el intervalo de tiempo necesario para formar una onda completa.

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Figura 2: Partes de una onda

Frecuencia; es en número de ciclos que se forman por unidad de tiempo.

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Rapidez de onda; magnitud de la velocidad de propagación de la onda (depende únicamente de las características del medio) La longitud de un patrón de onda completo es la distancia entre una cresta y la otra o de un valle a otro, llamamos a esa distancia longitud de onda (λ), el patrón de onda viaja con rapidez constante (v) y avanza una longitud de onda (λ) en el lapso de un periodo (T). por la tanto la rapidez de la onda λ

(v) está dada por 𝑣 = 𝑇 , dado que 𝐹 =

1 𝑇

Tipos de ondas mecánicas A continuación de describirán algunos tipos de ondas mecánicas, veremos un poco su comportamiento y analizaremos que dependen de su dirección de propagación. Cuando la perturbación es perpendicular a la dirección de propagación se denomina onda transversal, y cuando la perturbación es paralela a la dirección de propagación se denomina onda longitudinal. Entonces… -

Desplazamiento perpendicular de las partículas = ondas transversales. Desplazamiento hacia adelante de las partículas = ondas longitudinales. Desplazamiento perpendicular y hacia delante de las partículas = suma de ondas transversales y longitudinales.

En la figura 3 se muestra gráficamente cómo se diferencian estas ondas entre ellas.

Figura 3: ondas longitudinales vs transversales

Ondas transversales. Una onda transversal es una onda en la que cierta magnitud vectorial presenta oscilaciones en alguna dirección perpendicular a la dirección de propagación. La onda es transversal cuando las vibraciones de las partículas afectadas por la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Figura 4: Onda transversal

Las ondas electromagnéticas son casos especiales de ondas transversales donde no existe vibración de partículas, pero los campos eléctricos y magnéticos son siempre perpendiculares a la dirección de propagación, y por tanto se trata de ondas transversales. 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.

Ondas longitudinales. Una onda longitudinal es una onda mecánica 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. En teoría de campos también pueden existir ondas no mecánicas de tipo longitudinal, aunque las ondas electromagnéticas son siempre ondas transversales nunca longitudinales debido a que el fotón es una partícula sin masa. Figura 5 y 6: Ondas longitudinales.

Ondas longitudinales y transversales. Existen fenómenos en los que se presentan estos dos tipos de ondas en un solo ejemplo. En la siguiente figura se observa de manera muy gráfica la diferencia entre estos dos tipos de ondas. A continuación, se muestra un ejemplo de un sistema con ambas ondas.

En la figura a) sólo se ilustra una cuerda que gracias al movimiento que se le aplica genera ondas transversales. En b) tenemos un ejemplo en el que un pistón comprime el líquido a la derecha, y cuando regresa a su posición inicial el líquido genera ondas longitudinales de flujo.

En c) vemos que se empuja la superficie izquierda hacia la derecha, y cuando esta se regresa, el flujo del agua genera una combinación de ondas longitudinales y transversales.

Ecuación de una onda.

𝑣=

𝒙 𝒕

𝒕𝒓 =

𝒙

𝒗

donde (t) es el retraso entre P y el emisor. 𝑥

𝑡 ∗ = 𝑡 − 𝑡𝑟 = 𝑡 − 𝑣

𝐾=

2𝜋

𝜆

Numero de onda

𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝐴𝑠𝑖𝑛 (𝜔𝑡 ∗ + 𝜑) Ecuación del M.A.S. 𝑥

𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝐴𝑠𝑖𝑛 (𝜔(𝑡 −𝑣) + 𝜑) sustituyendo ecuaciones ya conocidas 𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝐴𝑠𝑖𝑛 (

2𝜋 𝑥 (𝑡 − ) + 𝜑) 𝑣 𝑇

𝑥

𝑦(𝑥, 𝑡 ∗) = 𝐴𝑠𝑖𝑛 (𝜔𝑡 − 2𝜋𝑓𝑣) + 𝜑) se vuelve a utilizar la sustitución de ecuaciones ya conocidas.

𝑥 𝜆

𝑦(𝑥, 𝑡 ∗) = 𝐴𝑠𝑖𝑛 (𝜔𝑡 − 2𝜋 ) + 𝜑) ECUACIÓN DE ONDA. 𝑦(𝑥, 𝑡 ∗) = 𝐴𝑠𝑖𝑛 (𝜔𝑡 ± 𝑘𝑥) + 𝜑)

El signo (-) en la ecuación se dice que la onda va de izquierda a derecha, si aparece un signo (+) nos dice que la onda va de derecha a izquierda.

Conclusiones Antes de esta actividad no reconocía ciertos aspectos de las ondas mecánicas, obviamente tampoco era capaz de identificar entre las ondas transversales y longitudinales entre sí, ahora, gracias a esta investigación sé que las ondas transversales se propagan en un sentido y vibran perpendicularmente a este sentido, y que las longitudinales son lo contrario, se propagan y vibran en el mismo sentido. No tenia ni idea de que las ondas mecánicas estaban presentes hasta en los más mínimos detalles de la vida diaria. Desde el hablar, escuchar música, las vibraciones de nuestro celular, entre otros tantos ejemplos. Es importante resaltar la importancia de las ondas porque se encuentran en todos lados y su estudio ha sido indispensable para el desarrollo de ciencia y tecnología. Además esto nos ha ayudado a predecir fenómenos naturales como terremotos y tsunamis.

Bibliografía Ondas

Mecánicas.

Recuperado

de

http://ondasmecanicasfisica.blogspot.com/2015/05/ondas-

mecanicas.html https://ibero.mx/campus/publicaciones/fisica/pdf/14ONDASmecanicas.pdf Oscilaciones y ondas mecánicas | Física | Ciencia. Recuperado https://es.khanacademy.org/science/physics/mechanical-waves-and-sound/mechanicalwaves/v/introduction-to-waves?modal=1 http://ondasmecanicasfisica.blogspot.com/2015/05/ondas-mecanicas.html

de

https://www.youtube.com/watch?v=JGwbNBz_niU https://www.youtube.com/watch?v=JGwbNBz_niU...