1.- MOVIMIENTO ONDULATORIO
Author: Pablo / Etiquetas: Unidad II
Movimiento Ondulatorio
El movimiento ondulatorio se mide por la frecuencia, es decir, por el número de ciclos u oscilaciones que tiene por segundo. La unidad de frecuencia es el hertz (Hz), que equivale a un ciclo por segundo.Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación.Algunas clases de ondas precisan para propagarse de la existencia de un medio material que haga el papel de soporte de la perturbación; se denominan genéricamente ondas mecánicas. El sonido, las ondas que se forman en la superficie del agua, las ondas en cuerdas, son algunos ejemplos de ondas mecánicas y corresponden a compresiones, deformaciones y, en general, a perturbaciones del medio que se propagan a través suyo. Sin embargo, existen ondas que pueden propasarse aun en ausencia de medio material, es decir, en el vacío. Son las ondas electromagnéticas o campos electromagnéticos viajeros; a esta segunda categoría pertenecen las ondas luminosas.Independientemente de esta diferenciación, existen ciertas características que son comunes a todas las ondas, cualquiera que sea su naturaleza, y que en conjunto definen el llamado comportamiento ondulatorio, El tipo de movimiento característico de las ondas se denomina movimiento ondulatorio. Su propiedad esencial es que no implica un transporte de materia de un punto a otro. Las partículas constituyentes del medio se desplazan relativamente poco respecto de su posición de equilibrio. Lo que avanza y progresa no son ellas, sino la perturbación que transmiten unas a otras. El movimiento ondulatorio supone únicamente un transporte de energía y de cantidad de movimiento.Junto a una primera clasificación de las ondas en mecánicas y electromagnéticas, es posible distinguir diferentes tipos de ondas atendiendo a criterios distintos. En relación con su ámbito de propagación las ondas pueden clasificarse en:
Monodimensionales: Son aquellas que, como las ondas en los muelles o en las cuerdas, se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio.
Bidimensionales: Se propagan en cualquiera de las direcciones de un plano de una superficie. Se denominan también ondas superficiales y a este grupo pertenecen las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él. Atendiendo a la periodicidad de la perturbación local que las origina, las ondas se clasifican en:
Periódicas: Corresponden a la propagación de perturbaciones de características periódicas, como vibraciones u oscilaciones que suponen variaciones repetitivas de alguna propiedad. Así, en una cuerda unida por uno de sus extremos a un vibrador se propagará una onda periódica.
No periódicas: La perturbación que las origina se da aisladamente y en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas, como en el caso de las fichas de dominó, se denominan también pulsos. Según que la dirección de propagación coincida o no con la dirección en la que se produce la perturbación, las ondas pueden ser:
Longitudinales: El movimiento local del medio alcanzado por la perturbación se efectúa en la dirección de avance de la onda. Un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal.
Transversales: La perturbación del medio se lleva a cabo en dirección perpendicular a la de propagación. En las ondas producidas en la superficie del agua las partículas vibran de arriba a abajo y viceversa, mientras que el movimiento ondulatorio progresa en el plano perpendicular. Lo mismo sucede en el caso de una cuerda; cada punto vibra en vertical, pero la perturbación avanza según la dirección de la línea horizontal. Ambas son ondas transversales.
Monodimensionales: Son aquellas que, como las ondas en los muelles o en las cuerdas, se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio.
Bidimensionales: Se propagan en cualquiera de las direcciones de un plano de una superficie. Se denominan también ondas superficiales y a este grupo pertenecen las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él. Atendiendo a la periodicidad de la perturbación local que las origina, las ondas se clasifican en:
Periódicas: Corresponden a la propagación de perturbaciones de características periódicas, como vibraciones u oscilaciones que suponen variaciones repetitivas de alguna propiedad. Así, en una cuerda unida por uno de sus extremos a un vibrador se propagará una onda periódica.
No periódicas: La perturbación que las origina se da aisladamente y en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas, como en el caso de las fichas de dominó, se denominan también pulsos. Según que la dirección de propagación coincida o no con la dirección en la que se produce la perturbación, las ondas pueden ser:
Longitudinales: El movimiento local del medio alcanzado por la perturbación se efectúa en la dirección de avance de la onda. Un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal.
Transversales: La perturbación del medio se lleva a cabo en dirección perpendicular a la de propagación. En las ondas producidas en la superficie del agua las partículas vibran de arriba a abajo y viceversa, mientras que el movimiento ondulatorio progresa en el plano perpendicular. Lo mismo sucede en el caso de una cuerda; cada punto vibra en vertical, pero la perturbación avanza según la dirección de la línea horizontal. Ambas son ondas transversales.
2.- SONIDO
Author: Pablo / Etiquetas: Unidad II
Sonido
En física, sonido es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas audibles o casi audibles, generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que este generando movimiento vibratorio de un cuerpo.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
Propagación del sonido
Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos con mayor rapidez que en los gases. En general cuanto mayor sea la compresibilidad (1/K) del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad (ρ), a igualdad de todo lo demás, tanto menor es la velocidad de la propagación del sonido. La velocidad del sonido se relaciona con esas magnitudes mediante:
En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera que el factor de importancia suele ser la temperatura misma.
Para que el sonido se transmita se necesita que las moleculas vibren en torno a sus posiciones de equilibrio.
En algunas zonas de las moleculas de aire, al vibrar se juntan (zonas de de compresion)y en otras zonas se alejan (zonas de rarefaccion),esta alteracion de las moleculas de aire es lo que produce el sonido.
Magnitudes físicas del sonido
Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda (λ), frecuencia (ν) o inversa del período (T), amplitud que indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora) y no hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda con respecto a otra.
Sin embargo, un sonido complejo cualquiera no está caracterizado por los parámetros anteriores, ya que en general un sonido cualquiera es una combinación de ondas sonoras que difieren en los cinco parámetros anteriores. La caracterización de un sonido arbitrariamente complejo implica analizar tanto la energía transmitida como la distribución de dicha energía entre las diversas ondas componentes, para ello resulta útil investigar:
Potencia acústica: El nivel de potencia acústica es la cantidad de energía radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acústica depende de la amplitud.
Espectro de frecuencias: que permite conocer en qué frecuencias se transmite la mayor parte de la energía.
Velocidad del sonido
Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos con mayor rapidez que en los gases. En general cuanto mayor sea la compresibilidad (1/K) del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad (ρ), a igualdad de todo lo demás, tanto menor es la velocidad de la propagación del sonido. La velocidad del sonido se relaciona con esas magnitudes mediante:
En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera que el factor de importancia suele ser la temperatura misma.
Para que el sonido se transmita se necesita que las moleculas vibren en torno a sus posiciones de equilibrio.
En algunas zonas de las moleculas de aire, al vibrar se juntan (zonas de de compresion)y en otras zonas se alejan (zonas de rarefaccion),esta alteracion de las moleculas de aire es lo que produce el sonido.
Magnitudes físicas del sonido
Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda (λ), frecuencia (ν) o inversa del período (T), amplitud que indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora) y no hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda con respecto a otra.
Sin embargo, un sonido complejo cualquiera no está caracterizado por los parámetros anteriores, ya que en general un sonido cualquiera es una combinación de ondas sonoras que difieren en los cinco parámetros anteriores. La caracterización de un sonido arbitrariamente complejo implica analizar tanto la energía transmitida como la distribución de dicha energía entre las diversas ondas componentes, para ello resulta útil investigar:
Potencia acústica: El nivel de potencia acústica es la cantidad de energía radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acústica depende de la amplitud.
Espectro de frecuencias: que permite conocer en qué frecuencias se transmite la mayor parte de la energía.
Velocidad del sonido
El sonido tiene una velocidad de 331,5 m/s cuando: la temperatura es de 0 ºC, la presión atmosférica es de 1 atm (nivel del mar) y se presenta una humedad relativa del aire de 0 % (aire seco). Aunque depende muy poco de la presión del aire.
La velocidad del sonido depende del tipo de material. Cuando el sonido se desplaza en los sólidos tiene mayor velocidad que en los líquidos, y en los líquidos es más veloz que en los gases. Esto se debe a que las partículas en los sólidos están más cercanas.
Si la temperatura ambiente es de 15 ºC, la velocidad de propagación del sonido es 340 m/s (1224 km/h ). Este valor corresponde a 1 MACH.
La velocidad del sonido depende del tipo de material. Cuando el sonido se desplaza en los sólidos tiene mayor velocidad que en los líquidos, y en los líquidos es más veloz que en los gases. Esto se debe a que las partículas en los sólidos están más cercanas.
Si la temperatura ambiente es de 15 ºC, la velocidad de propagación del sonido es 340 m/s (1224 km/h ). Este valor corresponde a 1 MACH.
3.- PROPAGACION DE LA LUZ
Author: Pablo / Etiquetas: Unidad II
Propagación de la Luz
Para estudio de la propagación de la luz es necesario entender las leyes del movimiento ondulatorio. Según esto un tren de ondas se puede representar por rayos, definiendo el rayo luminoso como una línea perpendicular a la superficie de la onda y que determina la dirección en que ésta se propaga. Según esto el rayo luminoso es perpendicular a los vectores que definen los campos eléctrico y magnético. En un medio homogéneo las ondas, procedentes de un manantial de dimensiones muy pequeñas,se propagan constituyendo superficies de onda esféricas y por consiguiente los rayos luminosos estan definidos por líneas rectas a partir del manantial. Más adelante trataremos de nuevo estas leyes cuando abordemos el estudio de la Fotometría y sus magnitudes. Ahora nos centraremos en el comportamiento de la luz y sus características principales.
REFLEXIÓN DE LA LUZ
Antes de entrar en este tema recordemos que hay dos tipos de emisión de luz: Primarias y secundarias.
Primarias: Emiten luz por sí mismas, debido a procesos de combustión cambios de dirección y velocida de las partículas cargadas, como los electrónes e iones, cambios de temperatura de gases, etc...
Secundarias: Emiten la luz que reciben de una fuente primaria, esta energía luminosa que emiten depende tanto de la que les llega como de sus características propias como puede ser su poder de absorción o reflexión.
Como ya hemos visto la luz se propaga con una trayectoria rectilínea y con una velocidad constante en cada medio. Cuando incide en un objeto se comporta de muy diversas maneras, según esto podemos encontrarnos los siguientes casos: Reflexión, Refracción, Absorción-Transmisión, Interferencia Difracción y Polarización. En cuanto a la reflexión tenemos los siguientes casos:
Reflexión Especular: Este tipo de reflexión tiene lugar al incidir la luz sobre una superficie perfectamente pulimentada. En este caso la luz cambiade dirección siguiendo un camino que viene determinado por las Leyes de Snel para la reflexión:
1ª Ley.- El rayo Incidente, la Normal y el rayo Reflejado estan en el mismo plano.
2ª Ley.- El ángulo de Incidencia (ángulo formado por el rayo Incidente y la Normal ) y el ángulo de Reflexión, son iguales.
Reflexión Semiespecular: Ocurre cuando la luz incide sobre una superficie lisa mate. La luz es reflejada en ángulos ligeramente diferentes pero en la misma dirección general, dando lugar a una reflexión intermedia que comprende un porcentaje de reflexión especular y otro de reflexión difusa.
Reflexión Difusa: Cualquier superficie puede ser considerada como formada por infinidad de microsuperficies pulimentadas con distinta inclinación. La luz que llega a cada una de éstas superficies será reflejada siguiendo las leyes de Snell.
Reflexión Acromática/Cromática: Según las superficies podemos considerar dos tipos:
- Acromática: Se reflejan por igual todas las longitudes de onda. Siendo:
- negras.- El porcentaje de reflexión es cero.
- grises.- El porcentaje de reflexión es 50.
- blancas.- El porcentaje de reflexión es 100.
- Cromática: No se reflejan por igual todas las longitudes de onda, con lo que habrá un predominio de una determinada longitud de onda dando como resultado una radiación cromática.
Para estudio de la propagación de la luz es necesario entender las leyes del movimiento ondulatorio. Según esto un tren de ondas se puede representar por rayos, definiendo el rayo luminoso como una línea perpendicular a la superficie de la onda y que determina la dirección en que ésta se propaga. Según esto el rayo luminoso es perpendicular a los vectores que definen los campos eléctrico y magnético. En un medio homogéneo las ondas, procedentes de un manantial de dimensiones muy pequeñas,se propagan constituyendo superficies de onda esféricas y por consiguiente los rayos luminosos estan definidos por líneas rectas a partir del manantial. Más adelante trataremos de nuevo estas leyes cuando abordemos el estudio de la Fotometría y sus magnitudes. Ahora nos centraremos en el comportamiento de la luz y sus características principales.
REFLEXIÓN DE LA LUZ
Antes de entrar en este tema recordemos que hay dos tipos de emisión de luz: Primarias y secundarias.
Primarias: Emiten luz por sí mismas, debido a procesos de combustión cambios de dirección y velocida de las partículas cargadas, como los electrónes e iones, cambios de temperatura de gases, etc...
Secundarias: Emiten la luz que reciben de una fuente primaria, esta energía luminosa que emiten depende tanto de la que les llega como de sus características propias como puede ser su poder de absorción o reflexión.
Como ya hemos visto la luz se propaga con una trayectoria rectilínea y con una velocidad constante en cada medio. Cuando incide en un objeto se comporta de muy diversas maneras, según esto podemos encontrarnos los siguientes casos: Reflexión, Refracción, Absorción-Transmisión, Interferencia Difracción y Polarización. En cuanto a la reflexión tenemos los siguientes casos:
Reflexión Especular: Este tipo de reflexión tiene lugar al incidir la luz sobre una superficie perfectamente pulimentada. En este caso la luz cambiade dirección siguiendo un camino que viene determinado por las Leyes de Snel para la reflexión:
1ª Ley.- El rayo Incidente, la Normal y el rayo Reflejado estan en el mismo plano.
2ª Ley.- El ángulo de Incidencia (ángulo formado por el rayo Incidente y la Normal ) y el ángulo de Reflexión, son iguales.
Reflexión Semiespecular: Ocurre cuando la luz incide sobre una superficie lisa mate. La luz es reflejada en ángulos ligeramente diferentes pero en la misma dirección general, dando lugar a una reflexión intermedia que comprende un porcentaje de reflexión especular y otro de reflexión difusa.
Reflexión Difusa: Cualquier superficie puede ser considerada como formada por infinidad de microsuperficies pulimentadas con distinta inclinación. La luz que llega a cada una de éstas superficies será reflejada siguiendo las leyes de Snell.
Reflexión Acromática/Cromática: Según las superficies podemos considerar dos tipos:
- Acromática: Se reflejan por igual todas las longitudes de onda. Siendo:
- negras.- El porcentaje de reflexión es cero.
- grises.- El porcentaje de reflexión es 50.
- blancas.- El porcentaje de reflexión es 100.
- Cromática: No se reflejan por igual todas las longitudes de onda, con lo que habrá un predominio de una determinada longitud de onda dando como resultado una radiación cromática.
4.- OPTICA GEOMETRICA
Author: Pablo / Etiquetas: Unidad II
Oprtica geometrica
En física, la óptica geométrica parte de las leyes fenomenológicas de Snell (o Descartes según otras fuentes) de la reflexión y la refracción. A partir de ellas, basta hacer geometría con los rayos luminosos para la obtención de las fórmulas que corresponden a los espejos, dioptrio y lentes (o sus combinaciones), obteniendo así las leyes que gobiernan los instrumentos ópticos a que estamos acostumbrados.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz.
La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento ligado a la naturaleza ondulatoria de la luz.
Propagación de la luz [editar]
Como se indicó anteriormente, en la óptica geométrica, la luz se propaga como una linea recta a una velocidad aproximada de 3*108 ms-1. La naturaleza ondulatoria de la luz puede ser despreciada debido a que aquí la luz es como un chorro lineal de partículas que pueden colisionar y, dependiendo del medio, se puede conocer cual es su camino a seguir. Éstos rayos pueden ser absorbidos, reflejados o desviados siguiendo las leyes de la mecánica.
Como se indicó anteriormente, en la óptica geométrica, la luz se propaga como una linea recta a una velocidad aproximada de 3*108 ms-1. La naturaleza ondulatoria de la luz puede ser despreciada debido a que aquí la luz es como un chorro lineal de partículas que pueden colisionar y, dependiendo del medio, se puede conocer cual es su camino a seguir. Éstos rayos pueden ser absorbidos, reflejados o desviados siguiendo las leyes de la mecánica.
5.- REFLECCION OPTICA
Author: Pablo / Etiquetas: Unidad II
Reflexion Optica
La reflexión es el cambio en la dirección de un rayo de luz cuando este no logra traspasar la interfaz entre dos medios.Se trata de un fenómeno característico de la propagación por ondas, que se produce cuando un rayo choca contra una superficie formando un ángulo con la normal, llamado ángulo de incidencia, y es rechazado en una dirección dada por el ángulo de reflexión.El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie pertenecen al mismo plano. En caso de que el rayo incida perpendicularmente es reflejado en la misma dirección de incidencia.El fenómeno de la reflexión ocurre con la luz visible, con las ondas sonoras, con las microondas, con los rayos X, etc., pero las modalidades con las que se manifiestan son diferentes al variar la longitud de onda de la radiación incidente.Aunque los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, si la superficie es cóncava los distintos rayos tenderán a juntarse mientras que, si es convexa, a separarse. Mediante este principio se construyen los telescopios de reflexión.
6.- REFRACCION OPTICA
Author: Pablo / Etiquetas: Unidad II
Refracción Óptica
La refracción es el fenómeno que se presenta en un rayo sonoro o luminoso cuando incide oblicuamente sobre la superficie de separación de dos medios, y en virtud del cual el rayo cambia de dirección y velocidad.Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie que separa dos medios, por ejemplo el aire y el agua, parte de la luz incidente se refleja, mientras que la otra parte se refracta y penetra en el segundo medio. Aunque el fenómeno de la refracción se aplica fundamentalmente a las ondas luminosas los conceptos son aplicables a cualquier onda incluyendo las ondas electromagnéticas.Se cumplen entonces las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio:- El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.- Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular a la superficie de separación trazada en el punto de incidencia.La velocidad de la luz depende del medio que atraviese, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción.
La refracción es el fenómeno que se presenta en un rayo sonoro o luminoso cuando incide oblicuamente sobre la superficie de separación de dos medios, y en virtud del cual el rayo cambia de dirección y velocidad.Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie que separa dos medios, por ejemplo el aire y el agua, parte de la luz incidente se refleja, mientras que la otra parte se refracta y penetra en el segundo medio. Aunque el fenómeno de la refracción se aplica fundamentalmente a las ondas luminosas los conceptos son aplicables a cualquier onda incluyendo las ondas electromagnéticas.Se cumplen entonces las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio:- El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.- Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular a la superficie de separación trazada en el punto de incidencia.La velocidad de la luz depende del medio que atraviese, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)
