INTRODUCCIÓN.
Cuando
golpeamos una campana o encendemos la radio, el sonido se escucha en lugares
distantes de la campana o de la radio. Si arrojamos una piedra a un estanque
observamos que en el agua se forma una ondulación y que esta se propaga.
Cuando se enciende la lámpara de un cuarto este se ilumina. Las imágenes
producidas en un estudio de televisión viajan a través del espacio hasta los
receptores que se encuentran en nuestros hogares. Todo los procesos
mencionados tienen algo en común: son situaciones físicas producidas en un
punto del espacio que se propagan a través del mismo y se reciben en otro
punto. Todos estos procesos son ejemplos del movimiento ondulatorio o
dicho de otra manera son ondas.
Algunas clases de
ondas precisan para propagarse de la existencia de un medio material que, al
igual que las fichas de dominó, 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 muelles o 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, esto es, una serie de
fenómenos típicos que diferencian dicho comportamiento del comportamiento
propio de los corpúsculos o partículas.
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INDICADORES DE DESEMPEÑO:
·
Precisar los conceptos de onda y movimiento
ondulatorio.
·
Reconocer que el movimiento ondulatorio se
presenta en muchos fenómenos de la naturaleza.
·
Experimentar las propiedades más
características del movimiento ondulatorio, la refracción, reflexión, interferencia
y difracción.
·
Discutir la importancia que tiene las ondas en
el desarrollo de las comunicaciones, la medicina y en otros campos de la
ciencia y la tecnología.
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PRESABERES E IDEAS PREVIAS:
CONOCIMIENTOS PREVIOS
SABIAS QUE…….
Los cuerpos
pueden estar en estado de reposo o de movimiento y para cambiar de estado es
necesario que se les aplique una fuerza. Así, la fuerza muscular impulsa una
bicicleta o detiene una bola de beisbol.
Decimos que
un cuerpo se mueve, cuando cambia de posición, es decir, cuando se desplaza
de un punto a otro. Ejemplo comunes son las hijas que caen de los arboles; el
agua que corre por ríos y quebradas; los automóviles, barco o aviones; las
pelotas y balones que utilizamos en diferentes deportes, y en fin, una lista
interminables.
Todos los
anteriores son movimientos bastante familiares para todos nosotros. Aun lo es
el de objetos tan pequeños como una moto de polvo o de arena que se levanta
con el viento. Pero existen otros movimientos que no son tan fácilmente
observables. Entre ellos, el movimiento ondulatorio, es decir, el que se
propaga mediante la formación de ondas, que será el tema de esta unidad.
Muy
probablemente habrás observado este tipo de movimiento de ondas que se forman
en un estanque cuando lanzamos una piedra o un anzuelo. Pero este no es más
que un caso entre los muchos fenómenos ondulatorios que nos rodean. Basta
decir que la luz, el sonido y señales de radio y televisión se propagan por
medio de ondas, para que nos demos cuenta de que estemos sumergidos en un
mundo de ondas.
Responda teniendo en cuenta el párrafo anterior o
con la ayuda del diccionario o libros.
1.
¿Cuándo podemos decir que un cuerpo se ha movido?
2.
¿Qué es movimiento ondulatorio?
3.
Dibuje 3 ondas que se formen cuando lanzamos una
piedra a un estanque.
4.
¿Que se le tiene que aplicar a los cuerpos para
que cambie su estado de reposo o de movimiento?
5.
Escriba los ejemplos de movimientos que se
describen en el párrafo anterior.
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FUNDAMENTACIÓN
TEÓRICO-CONCEPTUAL:
ONDAS: Es una perturbación que se propaga desde el punto
en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto.
Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un
medio elástico para propagarse.
El medio elástico se
deforma y se 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 que rodea
al foco con una velocidad constante en todas las direcciones, siempre que el medio sea isótropo (
de iguales características físico- químicas en todas las direcciones ).
Todas las partículas del medio son alcanzadas con un cierto retraso
respecto a la primera y se ponen a vibrar: recuerda la ola de los
espectadores en un estadio de fútbol.
Dirección de propagación y dirección
de perturbación (vibración):
Dirección de perturbación: Dirección en la que se ha
producido la perturbación (en el ejemplo del agua, la dirección en la que se
mueven las partículas del agua).
Dirección de propagación: Dirección en la que se propaga la
energía que transmite la onda.
Diferencias entre ondas y partículas:
Sabemos
ya que existen dos formas diferentes de transportar energía por un medio:
mediante partículas o mediante ondas. Estas son las características que los
diferencian:
- Transporte de materia: Las partículas
transportan materia.
Las ondas no transportan materia,
las partículas del medio sólo vibran alrededor de su posición de equilibrio,
quedando al final en la misma posición que al principio.
- Localización:
Una partícula está localizada en el espacio, ocupa un lugar concreto en un
determinado instante. Una onda está deslocalizada. La onda afecta a múltiples
puntos del espacio al mismo tiempo.
- Transmisión
de energía: Las partículas transmiten la energía de forma discreta
(discontinua).
Las ondas transmiten la energía de forma
continua.
Foco y frente de ondas:
El foco de una onda es el
punto en el que se origina la perturbación (el altavoz o las cuerdas vocales
para el sonido, el filamento de la bombilla, el punto del agua donde cae la
piedra, el hipocentro del terremoto). A partir de ese punto se transmite la
energía por el espacio.
Frente de ondas: Líneas
(o superficies) que nos indican cómo se propaga la energía de la onda por el
medio. Por ejemplo, en las ondas que se propagan en el agua, serían las
circunferencias que observamos, y que se van haciendo cada vez mayores.
Al
hacerse mayor el frente de onda, la energía que se propaga debe repartirse
cada vez entre un mayor número de puntos. Como consecuencia, a cada punto le
corresponde menos energía (menos intensidad). Decimos que la onda sufre atenuación.
(Es la causa de algo tan natural como que la intensidad del sonido o de la
luz disminuye cuanto más nos alejamos del foco).
TIPOS DE ONDAS
Los movimientos ondulatorios pueden
clasificarse atendiendo a diversos factores:
Según el medio por el que se puedan
propagar:
- Ondas mecánicas: Necesitan un medio material para
propagarse. No se pueden propagar por el vacío (ej: sonido, ondas sísmicas,
ondas en cuerdas y muelles)
-
Ondas
electromagnéticas: No
necesitan de un medio material para propagarse (pueden hacerlo por el vacío,
aunque también pueden propagarse por medios materiales). Ej: luz, ondas de
radio, microondas, R-UVA, R-X.
Según el número de dimensiones por las que
se propaguen:
- Monodimensionales: se propagan en una única dirección:
ondas en cuerdas, muelles.
- Bidimensionales: se propagan por una superficie
plana (las olas en la superficie del charco).
- Tridimensionales: se propagan por todo el espacio.
Luz, sonido, ondas sísmicas.
Según la dirección de vibración
(perturbación):
Otra clasificación puede establecerse
según la relación que exista entre la dirección de perturbación y la
dirección de propagación. Distinguiremos:
-
Ondas longitudinales: La
dirección de perturbación es paralela a la dirección de propagación
(ejemplos: sonido, ondas sísmicas de tipo p, algunas ondas producidas en
muelles).
-
Ondas transversales: La
dirección de perturbación es perpendicular a la dirección de propagación. Por
ejemplo, las ondas producidas en cuerdas, las ondas electromagnéticas, las
ondas sísmicas tipo s.
Ya sabemos que una onda consiste en
una vibración que se transmite de un punto a otro del medio. Para estudiar
esta transmisión de energía medimos determinadas magnitudes:
Elongación ( y ):
Valor de la perturbación
(desplazamiento desde la posición de equilibrio) en un punto del medio en un
instante determinado. En el caso de una ola, es la altura del agua en ese
punto y en ese instante. Para el sonido, es el valor
de la presión del aire en un punto determinado.
Las unidades de la elongación
dependen del tipo de onda.
Amplitud ( A ):
Valor máximo de la elongación.
Corresponde al desplazamiento máximo que sufre una partícula del medio. En el
caso de una ola, sería la altura máxima que alcanza la ola.
Todos los puntos del medio alcanzan antes o
después ese valor de
elongación máxima.
Un punto que tenga en un instante el valor
de amplitud positiva
será una cresta de la onda. Si está
en amplitud negativa, será un seno o valle de la onda.
Periodo de vibración ( T ):
Tiempo que emplea una partícula del
medio en describir una oscilación completa. Una vibración muy rápida tendrá
un periodo pequeño.
Unidades de T en el S.I: segundos (
s )
Frecuencia de vibración ( υ ,
también se usa f )
Es la magnitud inversa del periodo. Nos
indica el número de oscilaciones que efectúa una partícula en la unidad de
tiempo. Una mayor frecuencia indica una vibración muy rápida.
Velocidad de propagación: ( v ) Velocidad a la que se
transmite la energía de una partícula a otra del medio. Recordemos que
las partículas del medio no se desplazan, sólo vibran.
Longitud
de onda: ( λ ) Distancia más corta entre dos puntos del
medio que tienen el mismo valor de la perturbación. Es decir, es la
distancia a la que se repite el valor de la perturbación.
SONIDO. ACÚSTICA.
La acústica es el estudio de la
propagación del sonido.
¿En qué consiste el sonido?
Al golpear un diapasón, o un tambor,
o al hablar, se produce sonido. ¿Qué hay en común en las tres experiencias?
En todas hemos producido una vibración (del metal del diapasón, de la
membrana del tambor, de las cuerdas vocales). Al vibrar, el diapasón empuja a
las partículas del aire (o del medio en que se encuentre), comprimiéndolo y
expandiéndolo sucesivamente. Esta vibración se transmite a través del medio.
En eso consiste el sonido.
La onda sonora tiene las siguientes
características:
-
Es una onda mecánica, necesita un medio
material (partículas que vibren) para propagarse. No podrá transmitirse en el
vacío.
- Es
longitudinal. La dirección de vibración es paralela a la dirección de
propagación.
oído puedan llegar varias veces los
mismos sonidos (el “original” y las reflexiones con las paredes de la
habitación). Esto se conoce como reverberación. Puede resultar molesto
en habitaciones grandes (decimos que la voz “retumba”)
Nuestro oído sólo puede distinguir
dos sonidos como diferentes si los oímos separados al menos una décima de
segundo. En ese tiempo el sonido puede recorrer 34 metros. Si el obstáculo
está situado a más de 17 m, cuando el sonido reflejado llegue a nuestro oído,
lo entenderá como un sonido diferente a nuestra voz. Decimos entonces que hay
eco.
Tono y timbre de un sonido:
El tono es la característica
del sonido que nos indica si éste es agudo (tono alto) o grave (tono bajo).
ULTRASONIDOS E INFRASONIDOS:
El oído humano es capaz de percibir
sonidos comprendidos entre 16 Hz y 20000 Hz de frecuencia.
Por debajo de la frecuencia mínima (infrasonidos), no somos
capaces de oír las vibraciones. Pueden producirse infrasonidos intensos por
el viento, o en los momentos previos a un terremoto. Si bien no los oímos,
estas vibraciones pueden afectar a órganos internos y a terminaciones
nerviosas, lo que origina malestar e irritabilidad.
Por encima de 20 kHz se sitúan los ultrasonidos. Existen
especies animales (perros, murciélagos, delfines, por ejemplo) que son
capaces de distinguir frecuencias más elevadas que el hombre. Los
ultrasonidos de muy alta frecuencia transmiten mucha energía y pueden
concentrarse en un punto con mucha facilidad, por lo que son utilizados en
comunicaciones, en medicina (para romper cálculos de riñón), etc.
LUZ Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Estudiando las características
ondulatorias de la luz, conocemos las siguientes características:
- Es un Onda electromagnética: no
necesita un medio material, pudiendo propagarse por el vacío.
- Es transversal: la perturbación
(campo electromagnético) es perpendicular a la dirección de propagación.
-
Su velocidad
de propagación en el vacío es una constante universal, c = 3 ·108
m/s. Todas las ondas electromagnéticas (radio, microondas, UVA, RX…)
transmiten energía a la misma velocidad.
En
cualquier otro medio transparente, la velocidad de propagación de la luz, v,
es menor que en el vacío (de hecho, nada en el universo puede viajar a una
velocidad superior a c, como demostró Einstein).
- Índice de refracción de un medio
transparente ( n ): Se define como el cociente entre la
velocidad de la luz en el vacío ( c ) y en dicho medio ( v ).
ESPECTRO
ELECTROMAGNETICO
La
luz visible es una más de las diferentes ondas electromagnéticas, entre las
que se encuentran las ondas de radio, las microondas o los rayos X. Sólo se
diferencian en su frecuencia, y en el hecho de que puedan ser captadas por el
ojo, o no.
Las ondas electromagnéticas se
clasifican según su frecuencia υ (o su longitud de onda λ ).
Esta
clasificación es totalmente subjetiva. La división entre un tipo de o.e.m. y
otro es artificial, basada en los efectos que se aprecian o los posibles usos
que tienen para el ser humano.
REFLEXIÓN, REFRACCIÓN Y ABSORCIÓN DE LA LUZ:
Cuando la luz se propaga por un
medio y se encuentra con otro (incide sobre un objeto), pueden darse tres
fenómenos:
REFLEXIÓN:
Parte de la energía de la luz
incidente vuelve a transmitirse por el mismo medio inicial. Se produce una onda
reflejada, que tiene las mismas características que la onda incidente. El
ángulo que forma la dirección con la perpendicular a la frontera es igual al
de la onda incidente.
Reflexión Nítida: Se da
cuando la superficie es totalmente plana (pulimentada). Entonces, rayos que
lleguen paralelos producirán rayos reflejados también paralelos. (Ejemplo:
espejo)
Reflexión Difusa: Se da
cuando la superficie es rugosa. Los rayos que llegan paralelos salen
reflejados en todas direcciones. (ejemplo: superficie blanca). Esta reflexión
difusa es la que hace que podamos ver a los cuerpos desde cualquier lado.
Espejos:
Un espejo consta de un medio que
refleja de forma nítida toda la luz que incide sobre él. Si la superficie del
espejo es plana, los rayos se reflejarán de la misma forma que han incidido,
y formarán una imagen igual al objeto que se refleja. Por el contrario, si el
espejo es curvo (como pasa en una cuchara, los espejos de los coches, o una
bola del árbol de navidad), puede producir imágenes deformadas, e incluso al
revés.
REFRACCIÓN:
Al llegar la luz, parte de la
energía se transmite por el nuevo medio. Se habla de luz refractada o
transmitida.
LENTES:
Las lentes son sistemas ópticos que,
gracias a su forma curvada y al medio transparente del que están hechas,
desvían los rayos de luz, haciéndolos coincidir en un punto o separarse:
Tendremos:
-
Lentes convergentes: Los rayos de luz, al
pasar por la lente, convergen (se juntan). Estas lentes son más gruesas por
el centro que por los extremos. Existe un punto, llamado punto focal,
en el que se juntan rayos que lleguen paralelos. La distancia de la lente a
ese punto, se llama distancia focal.
-
Lentes divergentes: Los rayos de luz, al
Con combinaciones de lentes
convergentes, divergentes y/o espejos se construyen instrumentos ópticos como
el microscopio, el telescopio, el proyector, etc.
ABSORCIÓN:
El
nuevo medio puede absorber una parte (o toda) de la energía de la luz que
incide sobre él, aumentando entonces su temperatura (se calienta)
Este
fenómeno se aprovecha, por ejemplo, con las microondas (absorbidas por las
moléculas de agua en el horno microondas) o los rayos X (absorbidos por los
huesos en las radiografías). Al ponernos al sol nos calentamos por la
absorción de rayos infrarrojos, y podemos sufrir quemaduras (incluso cáncer)
por la absorción de rayos UVA.
COLOR:
En cuanto a la luz visible, la
absorción y la reflexión son responsables del color de los objetos.
Lo
que entendemos por luz blanca es en realidad una mezcla de todos los colores
que componen la luz visible (el arco iris). De hecho, podemos conseguir luz
de cualquier color mezclando sólo tres colores de luz primarios: rojo, verde
y azul.
Un objeto se verá de un color u otro
según absorba o refleje unos tipos de luz u otros.
- Blanco
cuando no absorbe ningún color, refleja toda la luz que recibe.
- Negro
cuando absorbe toda la luz que recibe, no refleja nada (o muy poco)
- Rojo (o
verde, o azul), si absorbe todos los colores menos el rojo (verde, azul), que
es reflejado.
EL OJO.
El ojo funciona como un sistema
compuesto de dos lentes convergentes (la córnea y el cristalino) y varios
medios líquidos (el humor acuoso y el humor vítreo), que hacen converger los
rayos de luz que entran por la pupila en una zona de la retina conocida como fóvea
o mancha amarilla. Allí, una serie de células especializadas
(bastones, que captan el claroscuro, y conos, que captan el color)
envían la información al cerebro a través del nervio óptico.
El ojo consigue enfocar la imagen
cambiando la forma del cristalino (abombándolo o estirándolo), modificando de
este modo su distancia focal.
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PRÁCTICA:
1. De
acuerdo con la gráfica analiza y responda:
a.
¿El lápiz realmente se partió? Explique.
b. ¿Que fenómeno ondulatorio se presenta?
2. Utilizando
material desechable deberán elaborar un periscopio y explicar su función y
utilización.
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APLICACIÓN:
1.
Para que se produzca una onda sonora deben existir dos condiciones.
¿Cuáles son?
2.
Complete:
De acuerdo con la dirección de propagación de las ondas estas pueden
ser:________________________________________________________
De acuerdo con el numero de dimensiones en que se propagan las ondas
estas pueden ser:____________________________________________
De acuerdo con el medio de propagación de las ondas estas pueden ser:__________________________________________________________
3.
Marque con una X de acuerdo con las características que reúna cada
clase de onda:
4.
Cuando ocurre una explosión en una zona urbana, se rompe los vidrios de
puertas y ventanas en varias cuadras a la redonda: ¿Por qué?
5.
Sabiendo que la luz se propaga muy rápido, a 300.000km por segundo,
mientras que el sonido, dependiendo del medio, se propaga a una velocidad más
lenta. En el aire por ejemplo es de
340 metros por segundo. Teniendo en cuenta el planteamiento anterior de una
explicaion al fenómeno natural de los relámpagos y el trueno.
6.
¿Por qué en la luna no se transmite el sonido?
7.
Describe la ruta que sigue una onda desde el exterior de la oreja hasta
el cerebro. Realice dibujos pertinentes.
8.
Los murciélagos vuelan en lugares oscuros sin chocar con los objetos
¿Por qué? Explica.
9.
En medicina los médicos utilizan el ecografo. ¿para qué sirve? ¿Cómo
funciona?
10.
Ilustra gráficamente los fenómenos ondulatorios de reflexión,
refracción, difracción.
11.
Explique cómo se produce la voz.
12.
A continuación se da 7 definiciones, para cada una de las cuales debes
dar la palabra que les corresponde. Al
final de cada definición aparecen dos números separados por una coma. El
primero se refiere al número de letras que tiene la palabra- respuesta; el
segundo indica el lugar que ocupa una letra de cada palabra que debes tomar
para formar con las demás el nombre de un órgano muy pequeño, pero de gran
importancia.
(Este órgano no es más grueso que una hoja de papel). Por ejemplo, la
primera respuesta es una palabra de 4 letras, y de ella debes la primera
letra. La segunda respuesta tiene 9 letras y debes tomar la séptima, y así
sucesivamente.
·
Mayor menor altura de un sonido. 4,1
·
Cambio de dirección de las ondas cuando rebotan en un obstáculo. 9,7
·
Clase de ondas que solo se propagan en medios materiales. 9,1
·
Distancia que hay entre la cresta de una onda y su línea de equilibrio.
8,3
·
Entidad que se transporta en movimiento ondulatorio. 7,7
·
Cambio en la velocidad de una onda al pasar de un medio a otro. 10,10
·
Sonido demasiado agudo para ser captados por el oído humano. 12,7
13.
Explique ¿porque las piscinas parecen menos profundas de lo que
realmente son?
14.
Los espejos son superficies muy pulidas en la que se forman imágenes
por reflexión de la luz. Defina las clases de espejos.
15.
¿Qué es una lente? ¿Cuáles son las clases de lentes? Dibújalos.
16.
Explique ¿Cómo vemos? Dibuje.
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CONSULTA Y/O INVESTIGACIÓN:
1.
¿Qué es una onda? Y explique con un ejemplo.
2.
¿Qué es una perturbación? ejemplo.
3.
En la grafica que a continuación se presenta señale:
a.
Crestas y valles, longitud de onda.
4.
DEFINA:
a.
Creta.
b.
Valle.
c.
Longitud de onda.
d.
Ondas mecánicas y ondas electromagnéticas
e.
Difracción, reflexión, refracción, interferencia.
f.
Eco
g.
Sonido
h.
Rayos de luz
i.
Tono
j.
Intensidad
k.
Timbre
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BIBLIOGRAFÍA/WEBGRAFÍA:
·
Taller de ondas;
área de ciencias naturales; liceo Isabel la católica; grado séptimo
|
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lunes, 30 de mayo de 2016
ONDAS FISICA
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