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Tema 8.- Ondas, Sonido y Luz

Movimiento Vibratorio Movimiento Periódico Un móvil posee un movimiento periódico cuando en intervalos de tiempo iguales pasa por el mismo punto del espacio siempre con las mismas características (dirección, sentido, velocidad, aceleración,…) Movimiento Vibratorio Es el movimiento periódico de un punto material a un lado y a otro de su posición en equilibrio. T=

Amplitud

Elongación

1 f

Siendo T el periodo en segundos y f la frecuencia en Herzios ciclos 1 =1 Hertz .

Equilibrio

seg

La elongación es la distancia que en un instante dado separa al punto oscilante de la posición de equilibrio y la amplitud el máximo valor de la elongación.

Movimiento Ondulatorio Es la propagación de un movimiento vibratorio en un medio elástico. No es la partícula vibrante lo que se propaga, sino su EC. 

Fase de un punto vibrante en un instante dado.- estado de movimiento definido por la elongación, dirección, sentido y velocidad.  Igual Fase.- si se mueven en el mismo sentido y sus elongaciones son iguales en valor y signo.  Fase Opuesta.- sus elongaciones son iguales en valor pero de signo contrario.



Longitud de onda ().- distancia que separa 2 puntos consecutivos que tienen igual fase.



Periodo (T).- tiempo que tarda la vibración que se propaga, en recorrer un espacio igual a la . Coincide con el tiempo que tarda el punto vibrante en realizar una oscilación completa.



Frecuencia (f).- nº de ondas que se propagan en 1 segundo. Coincide con el nº de vibraciones completas dadas en 1 segundo. Velocidad de Propagación



1 seg

T f

v=

λ = λ · f m seg T

á

á

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Física _ 4º ESO

Clases de Ondas Según la relación entre la dirección de propagación del movimiento ondulatorio y la dirección de vibración de cada partícula: Longitudinales

Las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación. Sólo en medios donde la fuerza de cohesión molecular sea grande (sólidos y superficies libres de líquidos).

Las partículas vibran en la misma dirección de la propagación. Se propagan en cualquier medio (sólido, líquido y gaseoso).

Vibración

Transversales

Propagación

Según dónde sea el movimiento ondulatorio: Circulares

Esféricas

Sobre superficie plana. Son circulares y concéntricas.

En el espacio y en medio homogéneo.

Fenómenos Ondulatorios Reflexión Cuando una onda encuentra una superficie contra la cual rebota. En la reflexión el rayo incidente y el reflejado se propagan en el mismo medio. Se denomina ángulo de incidencia el formado por el rayo incidente y la normal a la superficie y ángulo de reflexión el formado por el rayo reflejado y la normal Rayo Incidente

Normal i

Rayo Reflejado

r

Espejo

Leyes de la reflexión

1. El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano. 2. Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales:

i = r

La reflexión nos permite ver los objetos ya que la luz que se refleja en ellos llega a nuestros ojos.

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Tema 8.- Ondas, Sonido y Luz

Refracción Cuando una onda que se propaga en un medio pasa a otro en el cual su velocidad de propagación es distinta. Como consecuencia se produce una especie de flexión de la onda. Cambia la velocidad y la longitud de onda, pero no la frecuencia.

i r

Se denomina ángulo de incidencia el formado por el rayo incidente y la normal a la superficie y ángulo de refracción el formado por el rayo refractado y la normal. Leyes de la refracción

1. El rayo incidente, el refractado y la normal están en un mismo plano. 2. La relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción viene dado por la siguiente expresión (Ley de Snell): n1 sen i = n2 sen r. Siendo n el índice de refracción es una medida que determina la reducción de la velocidad de una onda al propagarse por un medio homogéneo. Es característico de cada material. Difracción Se basa en la desviación de las ondas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija.

Interferencias Variaciones de amplitud producidas por la superposición de 2 movimientos ondulatorios de vibraciones paralelas e igual periodo. La amplitud resultante es igual a la suma ó a la diferencia de las amplitudes de las ondas componentes según que dichas ondas estén en fase o en fase opuesta. Si están en fase opuesta, la amplitud resultante es cero, es decir, las ondas componentes se anulan. Ondas Estacionarias

Son consecuencia de la interferencia de 2 ondas de igual amplitud, propagadas en la misma dirección pero de sentidos contrarios. Se distinguen los nodos (puntos donde la amplitud es nula. Son puntos fijos. La distancia entre 2 nodos consecutivos es igual a la mitad de la) y los vientres (puntos de máxima amplitud). Interferencias Misma Fase

Interferencias Fase Opuesta

Ondas Estacionarias Vientres Nodos

2A

A A

-A -A -2A

á

á

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Física _ 4º ESO

Sonido Es la propagación a través de un medio material de la vibración de un cuerpo elástico, mediante ondas longitudinales y esféricas (ondas sonoras). Su velocidad de propagación es independiente de la fuente sonora. No se propaga en el vacío. La intensidad (W/m2) de sonido es la energía que transmite la onda sonora por segundo a través de la unidad de superficie colocada perpendicularmente a la dirección de propagación: sonidos fuertes y débiles. El tono es aquella cualidad del sonido que nos permite distinguir sonidos altos (agudos) de sonidos bajos (graves). Como unidad de tono se toma la unidad definida de frecuencia (Hertz). El timbre es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre sonidos de igual intensidad y tono, pero producidos por distintos instrumentos. Es debido a que los sonidos están constituidos por vibraciones no senoidales, consecuencia de varias vibraciones armónicas simples que dependen del instrumento que origina el sonido. Resonancia Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza de forma periódica y el periodo de ésta coincide con el de vibración del cuerpo, entonces este cuerpo refuerza continuamente su vibración aumentando la amplitud a cada actuación de la fuerza. La resonancia es el fenómeno por el cual un cuerpo (resonador) entra en vibración cuando se produce cerca de él un sonido de la frecuencia que él es capaz de dar, reforzando así con su sonido el del cuerpo excitador. Reflexión del sonido Eco es el fenómeno en virtud del cual nuestro oído percibe, debido a la reflexión de las ondas sonoras, el mismo

sonido más de una vez. Es necesario que el objeto reflector esté a una distancia igual o mayor de 17 m del foco emisor. Reverberación es la persistencia de un sonido, después de haber sido emitido, durante cierto tiempo, dando con

ello origen a una superposición de sonidos. Al tiempo que perdura el sonido se le llama tiempo de reverberación.

Naturaleza de la Luz Modelo Corpuscular.- Newton (1.672) La luz consiste en la proyección o emisión de pequeños corpúsculos materiales a partir del foco radiante, los cuales se propagan a gran velocidad de forma rectilínea en todo medio transparente y homogéneo. Modelo Ondulatorio.- Huygens (1.690) y Maxwell (1.865) La luz consiste una perturbación de tipo ondulatorio que se propaga desde el foco luminoso hasta el observador. La luz son ondas electromagnéticas.

f

1020

1018

1016

1014

1012

1010

108

106

Hz



10-12

10-10

10-8

10-6

10-4

10-2

1

102

m

Rayos X

UV

Rayos 

400 nm

500 nm

V i s i b l e

Infrarrojo

-Ondas

600 nm

TV

Radio

700 nm

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Tema 8.- Ondas, Sonido y Luz

Modelo Ondulatorio – Corpuscular.- Broglie (1.924) y Schrödinger (1.926) Cuando la luz se propaga se comporta como onda electromagnética, pero cuando interacciona con la materia, presenta carácter corpuscular.

Velocidad de Propagación de la Luz En un medio transparente y homogéneo la luz se propaga en línea recta. En el vacío y en el aire 8 c = 3 · 10 m s

En medios materiales transparentes La velocidad es menor que en el vacío, siendo además característica de dicho medio. Índice de refracción Absoluto

Relativo

Es una cte característica del medio y representa el nº de veces que es mayor la velocidad de la luz en el vacío que en ese medio.

Es de un medio respecto a otro.

n=

velocidad luz vacío >1 velocidad luz en el medio

n1, 2 =

n1 n2