Trabajo desarrollado en formato tipo paper que trata acerca de las Ondas

1. ONDAS Eduardo Israel Brito Vivanco “A” israedu_18@hotmail.com Eduardo Luis Campoverde Encalada “B” eduardce_925@hotmail.com RESUMEN: En el presente trabajo se habla sobre las ondas que son perturbaciones en el espacio, donde no se considera el espacio como un todo sino como un medio en el que pueden producirse y propagarse dichas perturbaciones a través de él, además sus elementos que las componen. El origen físico de las ondas no es el mismo para todas, es por ello que las diferencias en el origen o naturaleza de las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el medio en que se propagan. Por tal motivo trataremos de los tipos de ondas que existen saber, atendiendo a diferentes aspectos como: el medio, propagación, dirección de la perturbación y periodicidad. PALABRAS CLAVES: perturbación, elementos, propiedades, clasificación. INTRODUCCIÓN Onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio o el vacío. 422126113773 Figura 1. Propagación de ondas En una onda, la energía de una vibración se va alejando de la fuente en forma de una perturbación que se propaga en el medio circundante. Sin embargo, esta noción es problemática en casos como una onda estacionaria donde la transferencia de energía se propaga en ambas direcciones por igual, o para ondas electromagnéticas/luminosas en el vacío, donde el concepto de medio no puede ser aplicado. Por tales razones, la teoría de ondas se conforma como una característica rama de la física que se ocupa de las propiedades de los fenómenos ondulatorios independientemente de cuál sea su origen físico. Una peculiaridad de estos fenómenos ondulatorios es que a pesar de que el estudio de sus características no depende del tipo de onda en cuestión, los distintos orígenes físicos que provocan su aparición les confieren propiedades muy particulares que las distinguen de unos fenómenos a otros. Por ejemplo, la acústica se diferencia de la óptica en que las ondas sonoras están relacionadas con aspectos más mecánicos que las ondas electromagnéticas. Por lo tanto, las diferencias en el origen o naturaleza de las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el medio en que se propagan. ELEMENTOS DE UNA ONDA CICLO: Es una oscilación, o viaje completo de ida y vuelta. CRESTA: Es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda. AMPLITUD: La amplitud es la distancia vertical entre dos crestas consecutivas. LONGITUD DE ONDA: Es la distancia entre dos montes o valles seguidos. Suele medirse en metros. NODO: Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio. ELONGACIÓN: Es la distancia que hay, en forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio. PERÍODO (T): Es el tiempo para un ciclo completo de oscilación de la onda. 321373540640 FRECUENCIA (f): Es el número de oscilaciones completas descritas en la unidad de tiempo, medida en hertz. La frecuencia está es relacionado por: (1) En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una onda son recíprocos entre sí. LA FRECUENCIA ANGULAR (ω): Representa la frecuencia en radianes por segundo. Está relacionada con la frecuencia por 1132246-446 (2) VELOCIDAD DE LAS ONDAS: Una onda es una alteración o disturbio que viaja o se mueve. La velocidad de la onda es una descripción de cuán rápido viaja una onda. La velocidad de la onda está relacionada con la frecuencia, el período y la longitud de onda a través de las simples ecuaciones: (3) (4) Donde v es la velocidad de la onda, es la longitud de onda, T es el período, y f es la frecuencia. La velocidad de la onda se mide en unidades de metros por segundo (m/s). Y, si se conoce la distancia, d, que se propaga una onda y el tiempo, t, que tarda en hacerlo, también se puede determinar la velocidad de propagación de ella con la relación: (5) Para una mejor comprensión de los elementos de una onda a continuación se presenta la siguiente figura: Figura 2. Elementos de una onda PROPIEDADES DE LAS ONDAS 803465438624Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas o montes y valles, y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Figura 3. Ondas marinas Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de situaciones estándar. Todas las ondas pueden experimentar lo siguiente: DIFRACCIÓN: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo. 812805080 Figura 5. Difracción de ondas EFECTO DOPPLER: Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas. 26670019685 Figura 6. Efecto Doppler INTERFERENCIA: 497044412134Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio. Figura 7. Interferencia de ondas REFLEXIÓN: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección. REFRACCIÓN: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad. ONDA DE CHOQUE: Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono. ECUACIÓN DE ONDA 4108450-6945630La ecuación de onda es un tipo de ecuación diferencial que describe la evolución de una onda armónica simple a lo largo del tiempo. Esta ecuación presenta ligeras variantes dependiendo de cómo se transmite la onda, y del medio a través del cual se propaga. La ecuación de una onda unidimensional que se transmite a lo largo de una cuerda en el eje x, a una velocidad v y con una amplitud u, sería: 882447-1946 (7) Trasladado Ec. (7) a tres dimensiones, sería 882447143375 (8) CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS Las ondas se clasifican atendiendo a diferentes aspectos: EN FUNCIÓN DEL MEDIO EN EL QUE SE PROPAGAN ONDAS MECÁNICAS: Que necesitan de un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecánicas se encuentran: las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: Se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado. Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo. ONDAS GRAVITACIONALES: Las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo. EN FUNCIÓN DE SU FRENTE DE ONDA Figura 8. Propagación o frente de onda ONDAS UNIDIMENSIONALES: Las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos. ONDAS BIDIMENSIONALES O SUPERFICIALES: Son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, se deja caer una piedra en ella. ONDAS TRIDIMENSIONALES O ESFÉRICAS: Son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. Ejemplos de ondas tridimensionales son: las ondas sonoras (mecánicas) y ondas electromagnéticas. EN FUNCIÓN DE LA DIRECCIÓN DE LA PERTURBACIÓN ONDAS LONGITUDINALES: Son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio se mueven paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal, o las ondas sonoras. ONDAS TRANSVERSALES: Son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. Figura 9. Ondas transversales Las ondas pueden tomar diferentes formas, pero hay dos tipos fundamentales de ondas: “longitudinales” y “transversales”. Ambos tipos de ondas son alteraciones o disturbios en movimiento, pero son diferentes por la manera en la que viajan o se mueven. Cuando una onda viaja a través de un medio, las partículas que constituyen este medio se alteran de su posición “en equilibrio” o en reposo. En las ondas longitudinales, las partículas son alteradas en dirección paralela a la dirección que la onda propaga. Después de que cualquier tipo de onda pasa a través de un medio, las partículas vuelven a su posición de equilibrio. Por consiguiente, las ondas viajan a través de un medio sin un desplazamiento neto de las partículas del medio. Las ondas sonoras constituyen ejemplos de ondas longitudinales: las partículas individuales (moléculas de aire) vibran de atrás para adelante en la dirección en la que viaja el sonido. Un ejemplo de onda transversal es el fenómeno clásico del estadio deportivo conocido como “La Onda.” A medida que la onda viaja alrededor del estadio, cada espectador se para y después de sienta. Por consiguiente, el desplazamiento de las “partículas” es perpendicular a la dirección en que viaja la onda. Muchas otras ondas, tales como las ondas oceánicas son combinaciones de movimientos de ondas longitudinales y ondas transversales. EN FUNCIÓN DE SU PERIODICIDAD ONDAS PERIÓDICAS: La perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal. ONDAS NO PERIÓDICAS: La perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas también se denominan pulsos. CONCLUSIONES: Onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio o el vacío. Los elementos de una onda son: ciclo, cresta, amplitud, longitud de onda, nodo, elongación, período (t), frecuencia (f), la frecuencia angular (ω), velocidad de las ondas. Las propiedades de las ondas son: difracción, efecto doppler, interferencia, reflexión, refracción, ondas de choque. Las ondas se clasifican en función: del medio en que se propagan, de su frente de onda, de la dirección de la perturbación y de su periodicidad. BIBLIOGRAFÍA: http://www.hverdugo.cl http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/propiond.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Onda