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Física de bachillerato
Propiedades de las ondas
La longitud de onda y la frecuencia de una onda están relacionadas entre sí por la rapidez con la que viaja la onda, que depende del tipo de onda y del medio por el que pasa. Creado por Khan Academy.
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- Cuales son los tipos de fenómenos ondulatorios?(1 voto)
Transcripción del video
Imagina que estoy parado aquí
sosteniendo el extremo de una cuerda. Me encuentro en el extremo izquierdo, y
mientras sostengo la cuerda, muevo rápidamente mi mano hacia arriba, hacia abajo
y de regreso a la posición inicial. Si pudiéramos tomar una instantánea de la cuerda
inmediatamente después de terminar mi movimiento, veríamos algo como esto: la cuerda
tiene una perturbación ondulante que refleja el movimiento que hice con mi mano, hacia arriba, hacia abajo y de regreso al centro.
Y el resto de la cuerda continúa plana. Es posible que hayas visto algo
parecido si alguna vez jugaste con una cuerda para saltar y
la moviste de un lado a otro, o si has visto oscilar un juguete slinky
en diferentes direcciones en el suelo, incluso si has estado en el gimnasio
y has visto a alguien haciendo ejercicios con grandes cuerdas, moviéndolas hacia
arriba y hacia abajo repetidamente. Sabemos también que, con el
tiempo, esta perturbación se abrirá paso a través de la cuerda.
Si esto es lo que observamos inmediatamente después del movimiento de mi mano, en
algún momento posterior en el tiempo, veremos que el comienzo de la cuerda
ha vuelto a su forma original y la perturbación ondulada se ha abierto camino más
allá en la cuerda, y seguirá viajando en esa dirección hasta que llegue al final de la cuerda.
Esto es exactamente lo que es una onda en física. Una onda es una perturbación, en este caso, la
ondulación en la cuerda causada por el movimiento de mi mano. Y esa perturbación puede propagarse,
viajar o moverse en una dirección particular. Por lo tanto, una onda es una
perturbación que puede propagarse. Este ejemplo en particular se llama onda mecánica.
La razón por la que se denomina onda mecánica es porque la perturbación viaja a través de
un medio, como la cuerda para este modelo. Entonces, las ondas mecánicas
viajan a través de un medio. Un punto importante sobre las ondas que
vale la pena señalar en este momento es que las ondas transfieren
energía sin transferir materia. Lo que eso significa es que la perturbación
que se está moviendo aquí, esta forma ondulada, se está moviendo a través de la cuerda, pero no
está moviendo la cuerda a una posición diferente. Cualquier parte de la cuerda puede subir y bajar a
medida que la onda viaja a través de esa sección, pero la cuerda en sí no va a ninguna
parte, lo que ocurre más bien es que la energía cinética conferida a la
cuerda por mi mano se transfiere de partícula a partícula en la cuerda
y se abre camino a través de ella. En conclusión, las ondas transfieren
energía, pero no materia. En el primer ejemplo, solo moví mi mano
hacia arriba y hacia abajo una vez, lo que creó un pulso único de onda
que se movió a través de la cuerda. Por otro lado, si tuviera que seguir moviendo mi
mano hacia arriba y hacia abajo constantemente, vería una forma de onda que se parece a esto. Y cuando modelamos una onda, hay algunas
características clave que debemos conocer. Primero, definiremos qué es el período: T .
El período se mide en segundos y nos indica cuánto tarda en completarse un ciclo de la onda. Después, tenemos a la longitud de onda: medida
en unidades de longitud como los metros, la longitud de onda es la distancia entre
puntos idénticos de ondas adyacentes.
Y finalmente, está la frecuencia:
Si el conjunto de ondas que hemos dibujado tarda en completarse un segundo,
hay cuatro ciclos en ese segundo; eso significa que se tiene una frecuencia de
cuatro Hz (Hertz) o cuatro ciclos por segundo. Por lo tanto, la frecuencia
medida en ciclos por segundo nos dice cuántos ciclos de
onda hay en cada segundo. Ahora, utilizando solamente las
propiedades básicas de una onda, podemos comenzar a identificar características físicas más interesantes, como la
velocidad, o distancia sobre tiempo. Si queremos saber qué tan rápido viaja una
onda, podemos tomar la longitud de onda, que es la distancia recorrida por un solo
ciclo, y multiplicarla por la frecuencia, que es cuántos ciclos se completan en un
segundo, una cantidad de tiempo establecida. Los ciclos en la ecuación se
cancelan y nos quedamos con unidades de distancia sobre tiempo,
que son las unidades de la velocidad. Por lo tanto, esta es la ecuación
para calcular la velocidad de onda: longitud de onda por frecuencia. Las unidades
estándar de velocidad son metros por segundo. Hay un par de factores que pueden
afectar la velocidad de una onda. El primer factor es el tipo de onda.
Los diferentes tipos de ondas se mueven a diferentes velocidades también.
Un ejemplo identificable de diferentes tipos de ondas que se mueven a
diferentes velocidades son los relámpagos. ¿Alguna vez ha visto caer un relámpago
o has estado en una tormenta eléctrica? Sabes que lo primero que se
ve es el destello del rayo, y luego se escucha el trueno
asociado con ese rayo. Entonces, el relámpago viene primero
y el trueno viene en segundo lugar. Eso es porque son dos ondas diferentes
que son parte del mismo fenómeno. Cuando cae un relámpago, primero
ves el destello debido a que es una onda electromagnética, es decir, luz.
Esta onda electromagnética viaja mucho más rápido que el sonido asociado con el rayo.
Las ondas electromagnéticas son especiales no solo porque viajan muy rápido, sino porque
tampoco necesitan un medio para viajar. El trueno, por otro lado, es una onda de
sonido que viaja más lento que la luz. Entonces verás el rayo antes
de escuchar el trueno, ya que, los diferentes tipos de ondas se
mueven a diferentes velocidades. El segundo factor clave que puede
afectar la velocidad de una onda es el medio a través del cual viaja, y aquí
consideraremos al sonido como un ejemplo. Cuando alguien está hablando, por
ejemplo, tenemos a la persona que crea algunas vibraciones de las partículas
frente a su boca, esa es la onda de sonido. La onda de sonido es la vibración de esas
partículas que se propagan a través del aire. Cuando hablas, tus cuerdas vocales ejercen fuerza
sobre las partículas que están justo frente a ti. Las cuerdas vocales vibran hacia
adelante y hacia atrás, creando una compresión que se transfiere
a las partículas circundantes. A medida que las vibraciones continúan
propagándose, el sonido viaja. Puedes imaginar que, si estas
partículas están más juntas, esas vibraciones se transferirán mucho
más rápido porque las partículas chocan mucho más rápido que si estuvieran más separadas.
Por lo anterior, el sonido viaja mucho más rápido en el agua, que es un líquido, que en el aire.
Las partículas en el líquido están más juntas, es decir, como están más compactas, chocan más
y la propagación de la onda ocurre más rápido. Entonces, diferentes ondas se
mueven a diferentes velocidades, y el medio a través del cual viaja una onda
puede también afectar su velocidad. Intentemos resumir toda esta información.
Una onda es una perturbación que puede propagarse y tiene algunas características clave.
Está el período, el cual representa cuánto tarda un ciclo de onda en completarse,
Tenemos también la longitud de onda, que es la distancia entre puntos idénticos en
dos ondas que están una al lado de la otra, y la frecuencia, que es la cantidad de ciclos
de onda que se completan en un segundo. En este caso, tenemos dos ciclos en un segundo,
es decir, una frecuencia de 2 Hz. La velocidad de la onda se calcula multiplicando
la longitud de onda por la frecuencia. Esa velocidad se ve afectada por el tipo
de onda y el medio a través del cual viaja. Las ondas mecánicas viajan a través de un
medio, como el sonido, un juguete slinky, una cuerda, o las olas del océano.
Mientras que las ondas electromagnéticas como la luz son especiales porque pueden
viajar a través del vacío. Es decir, no necesitan un medio para propagarse.
Sin embargo todas las ondas, no importa el tipo, transfieren
únicamente energía, no materia.