Saint Gaspar College MISIONEROS DE LA PRECIOSA SANGRE Formando Personas Integras Departamento de Ciencias y Tecnología Miss Yorma Rivera M. Prof. Jonathan Castro F.

ONDAS CARACTERÍSTICAS GENERALES

1

Oscilaciones y ondas Piensa en el vaivén de un columpio, o en el movimiento de un péndulo. ¿Qué esperarías encontrar si mides el tiempo que demora en “ir y venir” el movimiento de los palitos de helado o del péndulo? Un movimiento oscilatorio es todo aquel movimiento de vaivén respecto de una posición de equilibrio, en donde las partículas “van y vienen” siguiendo la misma trayectoria, pero cambiando el sentido de su velocidad. Este movimiento oscilatorio se considera periódico cuando las oscilaciones ocurren en el mismo intervalo de tiempo.

¿Cómo se forma una onda? Toma un recipiente con agua y observa su superficie. Luego, deja caer algunas gotas y observa los anillos que se forman. Si te fijas, estos son concéntricos y avanzan a medida que se agrandan. En este caso, no es el agua la que se desplaza, sino que sus partículas al vibrar de arriba hacia abajo transmiten esta vibración a las partículas que tienen al lado. Así se propaga la oscilación. Entonces, ¿qué es una onda? Una onda es una perturbación que es capaz de propagarse. Si pones un corcho o una hoja en la superficie del agua, contenida en un recipiente, ¿crees que estos elementos se desplazarían?

2

¿Cómo viaja una onda? Si tomas el extremo libre de una cuerda que está amarrada a un soporte y que se encuentra tensa, y le aplicas un movimiento vertical, se genera un pulso que viaja a través de esta. Cada partícula de la cuerda permanece en reposo hasta que el pulso se transmite por ella, originando que se mueva hacia arriba y luego hacia abajo, regresando posteriormente al reposo.

Cuando la perturbación local que origina la onda se produce en ciclos repetitivos, es decir, en intervalos iguales de tiempo, se dice que la onda es periódica. Si se mantiene constante el movimiento en el extremo de la cuerda, la propagación a lo largo de ella producirá un tren de ondas.

Clasificación de las ondas Las ondas se pueden clasificar de acuerdo con varios criterios. Uno de ellos es el movimiento de sus partículas, en términos de la dirección de propagación de la onda. También se pueden clasificar de acuerdo con el medio por el cual pueden propagarse y según las dimensiones de la propagación. 1. De acuerdo con la dirección del movimiento de las partículas, respecto de la dirección de desplazamiento de la onda, se reconocen ondas transversales y longitudinales.

En las ondas longitudinales, las partículas del medio oscilan en la misma dirección de la onda, originándose zonas de compresión y rarefacción.

3

2. Según las dimensiones en que se propaga una onda, pueden ser unidimensionales, bidimensionales o tridimensionales.

3. Si consideramos el medio de propagación, se reconocen ondas mecánicas y electromagnéticas. A diferencia de las ondas mecánicas, que se propagan por medios elásticos (como el sonido), las ondas electromagnéticas pueden viajar por el vacío.

4. Según el sentido de propagación, las ondas también se pueden clasificar como viajeras o estacionarias. Las ondas estacionarias se pueden observar en las cuerdas de un instrumento musical. Las ondas viajeras se propagan libremente desde su fuente, transportando energía y recorriendo grandes distancias. Estas pueden ser mecánicas o electromagnéticas, transversales o longitudinales. Las ondas estacionarias, en cambio, se forman cuando una onda rebota sobre una superficie y se interpone sobre sí misma. La superposición de ambas ondas produce otra que pareciera estar fija. Estas se forman en instrumentos de cuerda y de viento.

4

Características de las ondas Hemos visto que existen distintos tipos de ondas. Sin embargo, todas poseen características en común. A continuación se describen las siguientes propiedades de las ondas:

Periodo. Es el tiempo que demora una partícula o un objeto en realizar una oscilación o ciclo completo.

Frecuencia. Corresponde al número de oscilaciones completas o ciclos que se producen por unidad de tiempo. La frecuencia se simboliza como f y se mide en hertz (Hz) cuando el intervalo de tiempo corresponde a 1 s. Para calcular la frecuencia se divide el número de oscilaciones completas por el intervalo de tiempo en que se realizan dichas oscilaciones:

Si atas una cuerda a un extremo y haces vibrar el otro, se propaga una onda cuya frecuencia será mayor cuanto mayor sea la rapidez con que la agitas. Como puedes apreciar en las definiciones de periodo y frecuencia, ambos conceptos son inversos; por lo tanto:

Lo anterior significa que si ocurren cuatro oscilaciones completas en un segundo, la frecuencia será de 4 Hz y el periodo será entonces de 1/4 de segundo.

5

Rapidez de propagación de una onda. En general, la rapidez relaciona la distancia recorrida con el tiempo. Para el caso de las ondas, en una oscilación la onda recorre una distancia que se expresa como la longitud de onda () en el tiempo, que corresponde al periodo (T). Esta característica se expresa como:

o bien

ACTIVIDADES

1. Observa los siguientes diagramas. Luego, responde las preguntas.

a. Determina cuántas oscilaciones existen en cada una de las ondas representadas en cada diagrama.

b. Si estas ondas se propagaran en 1 s, calcula la frecuencia para cada una de ellas.

6

2. Una moto de agua pasa propagando ondas en la superficie de un lago. Isidora desde la orilla observa que un bote sube y baja cuando las ondas pasan bajo la embarcación. Verificando el tiempo en que ocurría, realizó la siguiente gráfica:

Respecto de esta información: ¿Cuál es la amplitud de la onda creada en el lago?, ¿con qué frecuencia se propagan? Si se estima que en 8 segundos la onda avanzó 12 m ¿cuánto mide la longitud de la onda generada por la moto?, ¿con que rapidez se propaga la ondas en el lago?

3. Si una onda realiza 4 oscilaciones en 32 s, calcula el periodo de la onda y la rapidez de propagación si la longitud de onda ahora es de 4 cm.

7

4. Rotula el esquema indicando el nombre de los elementos de una onda. Luego, responde las preguntas.

a. Identifica a qué tipo de onda corresponde el diagrama. b. Reconoce cuántas oscilaciones presenta esta onda. Explica cómo lograste llegar a la respuesta.

5. Imagina que dejas caer una piedra en el centro de un estanque circular de 10 metros de diámetro. Cuando el agua se perturba, se forman ondas que tardan 10 segundos en llegar al borde del estanque. Si entre el centro del estanque y el borde se producen 40 oscilaciones, determina la longitud de onda, el periodo y la frecuencia.

6. Analiza estos esquemas de ondas, considerando que las tres se propagan en el mismo intervalo de tiempo. Luego, responde las preguntas.

a. Identifica cuál de las tres ondas tiene menor longitud de onda. Explica tu respuesta.

b. Reconoce cuál onda presenta mayor frecuencia. Además, describe el procedimiento que aplicaste para llegar a la respuesta correcta. a. b. c.

8

7. Imagina que estás frente a esta pecera. Aparentemente el agua está quieta. Si golpearas la mesa sobre la cual está apoyada, lo más probable es que se formen ondas. Al respecto, ¿en qué dirección se desplazará el corcho? Plantea una predicción.

Referencia Bibiográfica Física 1 Santillana del Pacífico S. A. de Ediciones, 2013

9