ONDAS MECANICAS alumnos [Modo de compatibilidad] - Ondas... · Diapositivas de clase Física I...
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12/06/2011
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ONDAS MECANICASONDAS MECANICAS
Diapositivas de clase
Física I
Diapositivas de claseDiapositivas de clase
Estas diapositivas solo pueden servir como guía de lo que se estudió en clase teórica y de ninguna manera se puede tomar como un apunte oficial de la cátedra de Física I.
Walter Diaz
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IntroducciónIntroducción
Ejemplos de ondas:
� Olas del mar
� Ondas sonoras
� Ondas generadas por terremotos
� Luz
Las ondas resultan de la
perturbación de una
magnitud, provocada
por la fuente de onda
IntroducciónIntroducción
Ondas mecánicas: necesitan un medio donde propagarse.
La oscilación de cada partícula afecta a sus vecinas.
La energía añadida se propaga a las partículas del medio.
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Al perturbarse un medio se le imparte energía y pone a vibrar algunas partículas
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Se imparte energía a una cuerda
Transporte de energíaTransporte de energía
� En un medio material continuo las partículas interactúan con sus vecinas
� Cada partícula oscila cuando se las perturba
Energía en las ondasEnergía en las ondas
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Descripción del movimientoDescripción del movimiento
El movimiento ondulatorio periódico está conformado por funciones senoidales
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Descripción del movimientoDescripción del movimiento
Si tomamos una fotografía de la onda en cualquier momento (congelamos el tiempo)
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Si nos paramos en un punto alcanzado por la onda.
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Características de las ondasCaracterísticas de las ondas
� A: amplitud de la onda [m]
� λ : longitud de onda [m]
y
o x
•
-A
•
•
P
xp
nodo
vientre
A
f :frecuencia [Hz]La f depende de la fuente que generó la onda
T : periodo [s]
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Velocidad de la ondaVelocidad de la onda
Las ondas se mueven con una rapidez
Depende de la naturaleza del medio y de la frecuencia de la fuente
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EjemploEjemplo
Onda viajera
En la figura se representa una onda que se propaga en la dirección x positiva. Determine la amplitud, la longitud de onda, el periodo y la rapidez de la onda si tiene una frecuencia de 8 Hz.
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Velocidad de una onda en una cuerdaVelocidad de una onda en una cuerda
La rapidez de una onda en una cuerda tensa esta dada por:
T: tensión de la cuerda [N]
µ: densidad lineal de la cuerda [kg/m]
La rapidez depende de las propiedades del medio
EjemploEjemplo
Un pulso viaja por una cuerda
Una cuerda uniforme tiene una masa M = 0,300 kg y una longitud L de 6 m. La tensión se mantiene en la cuerda suspendiendo un bloque de 2 kg de un extremo. Determinar la rapidez de un impulso en esta cuerda.
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Tipos de ondasTipos de ondas
Según la dirección de propagación, clasificamos las ondas en dos tipos:
cc es la velocidad de propagación de la onda
vv es la velocidad de la partícula
la vibración de la onda es paralela a la dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del medio. De este tipo son las ondas sonoras.
Ondas longitudinalesOndas longitudinales
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Ondas transversales:
Donde la vibración es perpendicular a la dirección de la onda.
Ondas transversalesOndas transversales
Tipos de ondasTipos de ondas
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Ecuación de la ondaEcuación de la onda
( )
±=T
txAtxy
λπ2sen,
La ecuación que da cuenta de estas perturbaciones es la siguiente:
•El signo + indica que la velocidad de propagación es hacia
a la izquierda.
•El signo - indica que la velocidad de propagación es hacia
a la derecha.
PropiedadesPropiedades de de laslas ondasondas
� Superposición e interferencia
� Reflexión
� Refracción
� Dispersión
� Difracción
La mayoría de los fenómenos ondulatorios de la naturaleza no se pueden describir mediante un solo movimiento ondulatorio
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Superposición e interferenciaSuperposición e interferencia
Cuando dos o mas ondas se encuentran en una misma región se atraviesan mutuamente (interfieren entre si)
¿Qué aspecto tiene la forma de onda combinada?
Interferencia constructivaInterferencia constructiva
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Interferencia destructivaInterferencia destructiva
Reflexión y transmisión de una ondaReflexión y transmisión de una onda
� Cuando una onda choca con una frontera una parte de su energía se refleja y otra se transmite o absorbe
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DifracciónDifracción
� Difraccion: efecto de poder “bordear” un objeto
� El sonido
� Este efecto es evidente si el tamaño del objeto es comparable a la longitud de onda
Ondas estacionariasOndas estacionarias
Extremo fijo: la cuerda ejerce una fuerza sobre la pared.
Aparece una reacción de la pared sobre la cuerda generando la reflexión
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Ondas estacionariasOndas estacionarias
� Extremo libre: la pulsación reflejada no se invierte
OndasOndas EstacionariasEstacionarias
� Onda viajando en una cuerda con un extremo fijo. Ver
� Onda viajando en una cuerda con los dos extremos fijos. Ver
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Ondas estacionarias y resonanciaOndas estacionarias y resonancia
� Viajan ondas a lo largo de una cuerda estirada
� Se reflejan en el extremo
� Si tiene la frecuencia exacta se observa una forma de onda constante
� ONDA ESTACIONARIA
ResonanciaResonancia
� Las frecuencias con que se producen ondas estacionarias de gran amplitud son las FRECUENCIAS NATURALES
� FRECUENCIAS RESONANTES
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Frecuencias naturalesFrecuencias naturales
� Las frecuencias naturales en una cuerda estirada:
�Se encuentran:
�Escribir la relación entre λ y L.
� Despejar λ .
� La frecuencia se encuentra con f = v / λ .
EjemploEjemplo
Una cuerda de piano: frecuencia fundamental y armónicos
Una cuerda de piano de 1,15 m de longitud y masa de 20 g está sometida a una tensión de 6,3 . 10 3 Na) Que frecuencia fundamental tendrá la cuerda cuando se golpee ?b) Que frecuencia tienen los dos primeros armonicos?
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Fisica I - Instituto de Fisica F B Q F 33
* Física Universitaria Sears, Zemansky, Young, Freedman. Editorial Addison Wesley Longman, IV Edición. * Física Universitaria Sears, Zemansky, Young. Editorial Addison Wesley, VI Edición. * Física Kane, Sternhem. Editorial Reverté. * Física Serway- Faughn Editorial Pretice Hall, V Edición. * Física para la Ciencia y la Tecnología – Vol. I Mecánica, oscilaciones y ondas, termodinámica. Tipler. Editorial Reverté, IV Edición. * Física conceptos y aplicaciones Tippens. Editorial Mc Graw Hill, II Edición. * Física – Parte I Resnick, Hollyday Editorial Cecsa
BIBLIOGRAFIA