TALLER FISICA

GUÍA PEDAGÓGICA

Sede: Paraíso Seccion B

Semana Académica: 23

Periodo: Tercero

Nombre del Docente:                FEISAR EDUARDO PÉREZ QUITIÁN 

Grupo: ONCE

Asignatura: FÍSICA

Desempeño de Comprensión:

Los estudiantes comprenderán cómo identificar los elemetos fundamentales del movimiento ondulatorio, los identifica en la naturalea, la tecnología y benefician a la humanidad en época contemporánea (Pandemia COVID 19) Identifica las características fundamentales del movimiento ondulatorio y Describe la creación y propagación de las ondas.

INTRUCCIONES DE LA GUIA 23

1.  Haga un cuadro sinóptico de la clasificación de las ondas

2.  Elabore un cuadro comparativo de los fenómenos ondulatorios

3.  Dibuje  figuras correspondientes al final de cada uno de los puntos anteriores, con colores y con regla para que las rectas se vean  bien definidas

4. Deben reportar asistencia mediante whatsapp, email ( iemanare1002@yahoo.com )        enviando un mensaje que están realizando la guía 23, adjuntando la evidencia.

3. Participar de las clases por zoom los días Martes  (6:15 am – 8:15 am)

EL PLAZO PARA ENVIAR EL MENSAJE QUE ESTÁN REALIZANDO LA GUIA 23 ES EL DIA JUEVES 20 DE AGOSTO 6 PM

MOVIMIENTO ONDULATORIO

Características de las ondas:

Se hace necesario un foco emisor o fuente que actúe como origen de la perturbación. La energía del foco es transmitida al medio de propagación en sus inmediaciones.

Debe existir un medio de propagación que, a medida que es atravesado por la perturbación, experimenta una variación temporal y reversible en alguna de sus propiedades físicas. Dicho medio, material o no, sirve de soporte a la transmisión del movimiento ondulatorio pero no es transportado en sí mismo.

Cada punto del medio transmite la perturbación a los puntos vecinos. De esta manera, podemos decir que el fenómeno ondulatorio es una forma cooperativa de propagación de la energía en la que esta se transmite entre el foco y los puntos alcanzados

A medida que la perturbación se propaga la onda se amortigua. Esta amortiguación se debe al reparto de energía que se va produciendo a medida que la perturbación viaja alcanzando un espacio cada vez mayor, pero también se debe a otros factores como el grado de elasticidad del medio o el posible rozamiento entre partículas.

La onda no es un ente material pero si una entidad física real ya que transporta energía e interacciona con la materia, la energía propagándose de la manera en que lo hace y alterando las propiedades del medio

Tipos de ondas

Existen distintas clasificaciones posibles para las ondas, según el tipo de criterio utilizado. Aquí recogemos los más habituales:

Tipo de energía propagada

Ondas mecánicas: Se propaga energía mecánica. También reciben el nombre de ondas materiales ya que necesitan un medio material elástico de propagación. Ejemplos son el sonido o la onda propagada por el estanque que vimos anteriormente.

Ondas electromagnéticas: Se propaga energía electromagnética producida por oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos. No necesitan de medio material de propagación. Como ejemplo podemos señalar la luz, cuyo medio de propagación más favorable es el vacío

Dirección de propagación

Ondas longitudinales: Son aquellas en las que la dirección de vibración coincide con la dirección de propagación. Se puede entender como una sucesión de contracciones y dilataciones. También reciben el nombre de ondas de presión. Ejemplos son el sonido o un muelle como el primero de la figura inferior

Ondas transversales: Son aquellas en las que la dirección de propagación y vibración son perpendiculares entre sí. Se puede entender como una sucesión de crestas (máximos) y valles (mínimos). La onda propagada en el estanque de nuestro ejemplo,la propagada en una cuerda o la propagada en el segundo muelle de la figura inferior son ejemplos de ondas transversales

Descripción de ondas longitudinales y transversales en un muelle (resorte)

[pic 2]

Ondas longitudinales y transversales

El resorte de la figura sirve de soporte a ondas longitudinales (izquierda) y a transversales (derecha). La flecha en rojo indica la dirección de propagación de la perturbación. Observa como la dirección de la flecha coincide con la dirección de vibración de las partículas del resorte en el caso de las ondas longitudinales. En el caso de las ondas transversales, las direcciones son perpendiculares, como indica la flecha azul.

Número de dimensiones de propagación

Ondas unidimensionales: La energía se propaga en principalmente una dimensión, por ejemplo, la onda que se propaga en una cuerda

Ondas bidimensionales: La energía se propaga principalmente en dos dimensiones, por ejemplo, las ondas que se propagan en la superficie del agua de un estanque

Ondas tridimensionales: La energía se propaga principalmente en tres dimensiones, por ejemplo, la luz o el sonido Adicionalmente podemos decir que una onda es:

Viajera: Cuando la energía que aporta el foco emisor al medio avanza en un único sentido. Se dan en medios libres o abiertos en los que la propagación no encuentra ningún obstáculo que refleje la onda hacia el foco emisor. Por ejemplo la onda que generamos en una cuerda en la que uno de sus extremos está unido a nuestra mano y el otro quedá libre

Estacionaria: Cuando la energía queda confinada a una región del espacio. Se dan en medios cerrados o limitados que hacen que la onda se refleje hacia el foco emisor. Por ejemplo se producen cuando generamos una onda en una cuerda en la que unos de sus extremos está unido a nuestra mano y el otro está fijo. También puede suceder en una cuerda en la que ambos extremos están fijos, como es el caso de las cuerdas de guitarra

Armónica: Cuando podemos expresar las variaciones espacial y temporal mediante funciones senos o cosenos. Cada porción del medio de propagación ejecuta un m.a.s.

FENOMENOS ONDULATORIOS

Los fenómenos ondulatorios tienen lugar cuando las ondas se propagan en un medio y se encuentran con otras ondas, con cambios en el medio, fronteras, brechas y obstáculos en general. Esto causa alteraciones a la forma de las ondas y a su desplazamiento.

Las ondas transportan energía, no materia. Si nos fijamos bien, cuando se arroja una piedra a un estanque, lo que se propaga en el agua es la perturbación, ya que las moléculas de líquido se desplazan brevemente de su posición de equilibrio y regresan a ella tan pronto la perturbación se aleja.

Figura 1. La reflexión de la luz es un fenómeno ondulatorio que nos permite ver la imagen de un edificio reflejada nítidamente en los paneles de cristal del otro. Fuente: Maxpixels.[pic 3]

Como no hay transporte de materia, podemos esperar que las ondas se comporten de formas distintas a como lo harían los objetos cuando interaccionan.

Las ondas se las ingenian para atravesar distintos medios y hasta para ocupar el mismo espacio al mismo tiempo, algo que las partículas con masa no pueden hacer, al menos a nivel macroscópico (los electrones tienen masa y sí pueden experimentar fenómenos ondulatorios).

Entre los principales fenómenos ondulatorios que podemos observar en la naturaleza están la reflexión, la refracción, la interferencia y la difracción.

Tanto la luz como el sonido, tan preciados a los sentidos, se comportan como ondas y experimentan todos estos fenómenos, dentro de las diferencias existentes en sus respectivas naturalezas.

Por ejemplo la luz no necesita de medio material para propagarse, mientras que el sonido sí. Además la luz es una onda transversal (la perturbación es perpendicular a la dirección en que se desplaza la onda), mientras que el

sonido es una onda longitudinal (la perturbación y el desplazamiento son paralelos).

REFLEXIÓN

Figura 2. Reflexión y refracción de la luz. Fuente: Wikimedia Commons.

Cuando las ondas viajan a veces se encuentran con fronteras que separan un medio de otro, por ejemplo un pulso que viaja a través de una cuerda firmemente sujeta a un extremo.

Una vez que el pulso llega hasta el final de la cuerda, se regresa en buena parte, pero lo hace invertido. Se dice

entonces que el pulso experimenta reflexión, es decir, se refleja en el límite entre la cuerda y el soporte.[pic 4]

La inversión del pulso se debe a la reacción que ejerce el soporte sobre la cuerda, que por ley de acción y reacción tiene la misma dirección y magnitud, pero sentido contrario. Por tal motivo el pulso se invierte cuando viaja de regreso.

Otra posibilidad es que la cuerda tenga algo de libertad en el extremo sujeto, por ejemplo está anudada a una anilla que puede deslizar sobre una barra. Entonces el pulso enviado a través de la cuerda no retorna invertido.

El sonido es una onda, por eso experimenta reflexión al hablar en un salón vacío. La luz también es una onda y podemos verla reflejándose en el espejo, sobre la superficie tranquila de un estanque o en la vidriera del rascacielos de la figura 1.

REFRACCIÓN

El fenómeno de la refracción ocurre cuando una onda pasa de un medio a otro, por ejemplo de aire a agua. Una parte de la onda se transmite al segundo medio: la onda refractada (ver la figura 2). [pic 5]

Al tratar de agarrar un objeto sumergido en el fondo de una fuente o un balde es muy probable no alcanzarlo, aunque la mano se dirija hacia donde está el objeto. Y eso es porque los rayos de luz han cambiado su dirección cuando pasaron del aire al agua, esto es, experimentaron refracción.

Además la velocidad con que se mueven las ondas varía según el medio. En el vacío las ondas luminosas se mueven con velocidad constante c = 300.000 km/s, pero en el agua la velocidad disminuye hasta (3/4) c y en vidrio todavía más: a (2/3) c.

La velocidad de la luz en un medio depende del índice de refracción de este, definido como la razón entre c y la velocidad v que la luz tenga en el medio: n = c/v

El fenómeno es análogo a un carrito de juguete que rueda sobre un piso duro de cerámica o madera muy pulimentada y súbitamente pasa a rodar sobre una alfombra. No solo modifica su dirección, sino que también disminuye su velocidad.

ABSORCIÓN[pic 6]

Figura 3. Las ondas de radio irán siendo absorbidas a medida que se separe del centro de emisión.

Si la onda se encuentra con un medio diferente, puede ocurrir que ceda toda la energía que transporta y su amplitud se haga cero. Se dice entonces que la onda fue absorbida.

INTERFERENCIA[pic 7]

Figura 4. Las ondas sonoras pueden convivir, pero una estará superpuesta a la otra. Esto sucede cuando hablamos por teléfono pero hay de fondo un partido de fútbol en la televisión.

Dos objetos no comparten su espacio, sin embargo dos o más ondas no tienen problema en estar al mismo tiempo en un mismo punto del espacio. Este comportamiento es exclusivo de ellas.

Sucede cada vez que se lanzan simultáneamente dos piedras al agua, se producen patrones de ondas independientes que pueden solaparse y dar una onda resultante.

La amplitud de la onda resultante puede ser mayor o menor que la de las ondas que interfieren, o simplemente pueden anularse unas con otras. En ellas se cumple el principio de superposición.

Para las ondas, el principio de superposición establece que la onda resultante es igual a la suma algebraica de los desplazamientos de las ondas que interfieren (pueden ser más de dos).

Si las ondas están en fase, lo cual quiere decir que sus valles y sus crestas están alineados, resulta una onda con el doble de amplitud. A esto se le conoce como interferencia constructiva.

En cambio, cuando la cresta de una onda se solapa con el valle de otra, se contrarrestan entre sí y la amplitud de la onda resultante disminuye o llega a hacerse nula. Este efecto se llama interferencia destructiva.

Luego de interactuar, las ondas prosiguen su camino como si nada hubiera pasado.

DIFRACCIÓN

Figura 5. Dos frentes de onda con diferentes longitudes de onda: experimenta mayor difracción aquel cuya longitud de onda es de tamaño comparable a la abertura. Fuente: F. Zapata.

Este fenómeno es típico de las ondas; en él la onda se desvía y distorsiona al encontrarse con un obstáculo interpuesto en el camino de la onda o una brecha en el medio. El efecto es significativo cuando el tamaño del obstáculo es comparable al de la longitud de onda

[pic 8]

Las ondas atienden al principio de Huygens, el cual

establece que todo punto del medio se comporta a su vez como un foco que emite ondas. Como un medio tiene una cantidad infinita de puntos, al superponerlos todos se obtiene el frente de onda.

Cuando este llega a una abertura del tamaño de la longitud de onda, los focos en el frente de onda se las arreglan para interferir entre si y la onda se deforma.

La difracción del sonido es fácil de apreciar, ya que su longitud de onda es comparable al de los objetos que nos rodean, en cambio la longitud de onda de la luz es mucho menor y en consecuencia la difracción necesita de obstáculos muy pequeños.

En la siguiente imagen tenemos un frente de onda plano, que se mueve verticalmente hacia abajo al encuentro de una abertura en un muro.

A la izquierda la longitud de la onda incidente es mucho menor que el tamaño de la abertura y la onda apenas se deforma. En cambio en la figura de la derecha, la longitud de onda es de tamaño comparable al de la abertura y al emerger de ella, la onda se curva apreciablemente.

Criterios de evaluación:

Sea ordenado, responsable, puntual y cumplidor de su deber.

La actividad se debe entregar bien presentada en hojas cuadriculadas, sin tachones o enmendaduras.

Se le evalúa la puntualidad en la entrega de las actividades en la fecha indicada, buena presentación y seguimiento de las instrucciones.

Forma de retroalimentación y valoración:

WhatsApp, correo electrónico, retroalimentación zoom (martes 6:15 am- 8:15 am)  en caso de no realizar clase por Zoom, se  envia Video explicativo

Cibergrafía:

Física I. Ed. Norma

https://www.fisicalab.com/apartado/naturaleza-luz