Control de fíica: Ondas y energía

ONDAS Y ENERGIA

ONDAS Y ENERGÍA

Germán Enrique Cáceres Fuentealba

FÍSICA

Instituto IACC

18 de Noviembre de 2012

Desarrollo

1. Escriba diez ejemplos en los que se puedan distinguir ciclos, detallando qué constituye un ciclo, cuál es el periodo y cuál sería su longitud de onda.

Por definición una onda es la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico, campo magnético a través de dicho medio, lo que implica un transporte de energía. El medio perturbado puede ser de diversa naturaleza, por ejemplo, aire, agua, madera, metal e incluso el vacío.

Luego podemos decir que un ciclo es la fase que se repite en la onda (simbolizado por la letra λ), por lo general se considera desde el inicio de una fase hasta el término de la misma.

El periodo (simbolizado por la letra T), corresponde al tiempo transcurrido entre el comienzo de un ciclo y el fin del mismo, se dice también que corresponde al tiempo trascurrido mientras la onda se desplaza a una longitud de onda.[pic 1]

Si visualizamos gráficamente una onda, podremos ver que consta de una parte más alta (denominada cresta) y otra más baja (denominada valle), luego la longitud de onda está dada por la distancia entre dos crestas o dos valles.[pic 2]

Las ondas las tenemos presentes en muchos lugares y situaciones diferentes, entre las que podemos mencionar por ejemplo:

1. El movimiento de giro de una rueda a una velocidad constante, en que si vemos el trazado que cumple la válvula es un desplazamiento cíclico en que sube y baja en el tiempo.
2. Nuestro sistema solar, en que la tierra cumple ciclos constantes de traslación alrededor del sol en que se desplaza una cierta distancia en una cierta cantidad de tiempo.
3. El desplazamiento de la luna alrededor de la tierra, al igual que lo hace la tierra alrededor del sol, cumpliendo de similar manera que el ejemplo anterior.
4. El movimiento de un columpio, en que la persona montada en él con su vaivén repite un movimiento hacia delante y atrás de manera constante en una cierta cantidad de tiempo.
5. El péndulo de los relojes de pared, al igual que el columpio, su movimiento puede ser representado como onda en el tiempo.
6. Una gotera, puede ser representada por su cantidad de caídas en un periodo de tiempo determinado, sin contar que además produce variaciones en la superficie donde choca, que si es acuosa producirá olas, que son fácilmente reconocibles y asociables a las ondas.
7. El oleaje del mar, en que cada cierto tiempo llega una ola a la orilla, podemos obtener datos de esta, tales como su amplitud, frecuencia, periodo, longitud de la onda y velocidad de desplazamiento.
8. Las vibraciones de una cuerda de guitarra, con su movimiento podemos verificar las propiedades de una onda, además de que el sonido se propaga en forma de onda.
9. Las manecillas de un reloj, se visualiza de manera similar que el movimiento de una rueda, además de que se trata de un movimiento con velocidad constante.
10. Un hombre ejercitándose con el levantamiento de pesas (mancuernas), en que repite una y otra vez el movimiento hacia arriba y abajo, considerando una cierta cantidad de repeticiones por un tiempo determinado.

1. En la figura que se presenta a continuación, una cuerda de 20 m por la que viajan ondas a una velocidad de 20 m/s, calcule el periodo y la longitud de onda asociados a ella.

[pic 3]

Dado que el periodo es el tiempo que tarda en cumplirse un ciclo, podemos visualizar de la representación gráfica que desde el comienzo hasta que se completa un ciclo han transcurrido 16 segundos, por lo que entonces el periodo es 16 segundos.

De los datos proporcionados tenemos que la onda viaja a 20 m/s, obtuvimos además el tiempo empleado en cumplir un ciclo (16 s), con estos datos podemos realizar un pequeño cálculo y obtener la longitud de onda.

Conociendo la fórmula para el cálculo de la velocidad podemos obtener la longitud de onda:

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