jueves, junio 29, 2006

ONDAS


ONDAS
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Una onda es una perturbación que se propaga. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y recupera vibrando al paso de la onda.La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta-este es el foco de las ondas- y en esa partícula se inicia la onda. La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio con una velocidad constante (si el medio es isótropo) y todas las particulas del medio son alcanzadas con un cierto retraso respecto a la primera y se ponen a vibrar.

Una onda transporta sólo energia y no materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación. Por ejemplo, la onda que transmite un látigo lleva una energía que se descarga en su punta al golpea. Las partículas del látigo vibran, pero no se desplazan con la onda.Las partículas perturbadas por la onda sufren unas fuerzas variables en dirección e intensidad que les produce una aceleración variable.
PULSO y TREN DE ONDAS
El movimiento de cualquier objeto material puede ser considerado como una fuente de ondas. Al moverse perturba el medio que lo rodea y esta perturbación, al propagarse, puede originar un pulso o un tren de ondas. Un impulso único, una vibración única en el extremo de una cuerda, al propagarse por la cuerda da un tipo de onda llamada pulso. Si las vibraciones del extremo se suceden de forma continuada se forma un tren de ondas que se desplazará a lo largo de la cuerda.
ONDAS TRANSVERSALES y LONGITUDINALES
Si las partículas del medio en el que se propaga la perturbación vibran perpendiculares a la dirección de propagación, las ondas se llaman transversales. Si vibran en la misma dirección se llaman longitudinales.
La forma de los pulsos no varía durante la propagación, lo cual sólo es sólo cierto para las ondas electromagnéticas ( que son no masteriales) y en el vacío.
Nos referiremos a ondas cuyos pulsos pueden ser descritos por las funciones matemáticas seno y coseno. Lamaremos a estas ondas ondas armónicas. Las partículas del medio en que se propagan estas ondas (en este caso las de la cuerda) vibran perpendicularmente a la posición inicial de la cuerda, separándose de la posición inicial arriba y abajo con un movimiento vibratorio armónico simple.
La separación de la posición de equilibrio responde a la fórmula y(t)=A· senw t, donde A es la amplitud o separación máxima . La velocidad de vibración de las partículas es variable

( v=A ·wsen wt ), perpendicular a la dirección de propagación y diferente de la velocidad de propagación del pulso (V) que es constante.

Las ondas tranversales tienen nodos y valles ( mira el dibujo animado del inicio de la página) y las longitudinales tienen compresiones y dilataciones.
Las ondas longitudinales (como las del sonido) se propagan en medios con resistencia a la compresión (gases, líquidos y sólidos) y las transversales necesitan medios con resistencia de flexión como la superficie de un líquido y en general medios rígidos (los gases y líquidos no transmiten las ondas transversales)
Se define la longitud de onda (l) como la distancia que recorre el pulso mientras un punto realiza una oscilación completa. El tiempo que tarda en realizar una oscilación se llama periodo ( T) y la frecuencia ( n) es el número de oscilaciones ( vibraciones) que efectúa culaquier punto de la onda en un segundo.

Las ondas viajeras de la cuerda son ondas bidimensionales y, como toda onda, realizan una transmisión de energía sin transporte de materia.
Cuando dos ondas se cruzan se producen los fenómenos de interferencia que afectan a las partículas que están en el cruce pero no a las ondas de manera que cada una sigue su camino sin alterar ninguna de sus características ni el valor de la energía transportada.

LONGITUD DE ONDA FRENTE A FRECUENCIA
RELACIÓN entre FRECUENCI A Y LONGITUD DE ONDA
Se define la longitud de onda (l) como la distancia que recorre el pulso mientras una partícula del medio que recorre la onda realiza una oscilación completa. El tiempo que tarda en realizar la oscilación se llama período ( T) y la frecuencia ( n) es el número de oscilaciones (vibracionescompletas) que efectúa cualquier partícula, del medio perturbado por donde se propaga la onda, en un segundo.


REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN

Vamos a ver como se refleja y como se refracta un rayo de luz que se transmite a través de medios densos, yendo de uno al otro ( aire a agua, etc) y vamos a comprobar también como varían esta reflexión y refracción según el valor del ángulo de incidencia y según los medios materiales en los que se propaga.

REFLEXIÓN : LEYES
Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas "leyes de la reflexión" :.1.- El rayo incidente forma con la normal un ángulo de incidencia que es igual al ángulo que forma el rayo reflejado y la normal, que se llmama ángulo reflejado2.- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano. ( Si el rayo incidente se acerca al 2º medio en el plano del papel, el reflejado estrará en ese plano y no se irá ni hacia adelante ni hacia atrás). La luz se refleja tambien en las superficies que no son lisas pero lo hace originando rayos que no son paralelos entre sí. Cada rayo del haz cumple las leyes de la reflexión, pero las normales no son paralelas entre sí, los rayos reflejados no rebotan paralelos entre sí y la luz sale difusa. Gracias a que la luz que se refleja en nuestra cara es difusa se nos puede ver, si no deslumbraríamos :-).

REFRACCIÓN : LEYES
Se dice que un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes:
1.-El rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano.
2.-Se cumple la ley de Snell: sen i / senr=v1 / v 2y teniendo en cuenta los índices de refracción n1 sen i=n2 sen r.
La luz se refracta porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de vibración no varía al pasar de un medio a otro, cambia la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad. La onda al refractarse cambia su longitud de onda. e=v·t equivale a l=v·T ; l=v / n
INDICE DE REFRACCIÓN
Se llama índice de refracción absoluto, "n", de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío "c" y la velocidad que tiene la luz en ese medio "v". El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad y es una constante característica de cada medio: n=c/v.
Se pude establecer una relación entre los índices de los dos medios n2 y n1.

ÁNGULO LÍMITE
Si n2 es mayor que n1 ,como en el caso de la luz cuando pasa desde el aire (n 1 ) al vidrio o al agua ( n2 ), el rayo refractado se curva y se acerca a la normal tal como indica la figura anterior. En caso contrario, es decir, si el rayo de luz pasara del medio 2 al medio 1, se alejaría de la normal. En este caso, es decir, cuando el rayo de luz pasa de un medio más lento a uno más rápido y se aleje de la normal, puede llegar un momento en que a un determinado ángulo de incidencia le corresponde uno de refracción de 90º y entonces el rayo refractado saldrá "rasante" con la superficie de separación de ambos medios. Este ángulo de incidencia es el llamado ángulo límite o ángulo crítico. Para ángulos de incidencia mayores a él, el ángulo de refracción será mayor de 90º y el rayo no será refractado, puesto que no pasa de un medio a otro, y se produce una reflexión total interna.
SIEMPRE QUE SE PRODUCE REFRACCIÓN SE PRODUCE REFLEXIÓN

Una parte del rayo incidente se refleja y otra se refracta. Cuando un rayo se refleja sin penetrar en el otro medio, parte de él es absorbido por la interacción con los átomos.Siempre que la radiación atraviesa un medio parte de ella es absorbida por el medio (no se transmite toda).

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