Universidad Técnica de Machala Facultad de Ciencias Químicas y de la Salud Escuela de Bioquímica y Farmacia Nombre: Raquel Elizabeth Cedeño Saritama Curso: 1er Semestre ¨B´ Profesor: Dr. Freddy Alberto Pereira Guanuche Movimiento Oscilatorio Las vibraciones u oscilaciones de los sistemas mecánicos constituyen uno de los campos de estudio más importantes de toda la física. Virtualmente todo sistema posee una capacidad de vibración y la mayoría de los sistemas pueden vibrar libremente de muchas maneras diferentes. En general, las vibraciones naturales predominantes de objetos pequeños suelen ser rápidas, mientras que las de objetos más grandes suelen ser lentas. Las alas de un mosquito, por ejemplo, vibran centenares de veces por segundo y producen una nota audible. La Tierra completa, después de haber sido sacudida por un terremoto, puede continuar vibrando a un ritmo del una oscilación por hora aproximadamente. El mismo cuerpo humano es un fabuloso recipiente de fenómenos vibratorios; nuestros corazones laten, nuestros pulmones oscilan, tiritamos cuando tenemos frío, a veces roncamos, podemos oír y hablar gracias a que vibran nuestros tímpanos y laringes. Las ondas luminosas que nos permiten ver son ocasionadas por vibraciones. Nos movemos porque hacemos oscilar las piernas. Ni siquiera podremos decir correctamente “vibración" sin que oscile la punta de nuestra lengua.. Incluso los átomos que componen nuestro cuerpo vibran. La traza de un electrocardiograma, mostrada en la figura, registra la actividad eléctrica rítmica que acompaña el latido de nuestros corazones. Definición y características ¿Qué es un movimiento oscilatorio? ¡Es un movimiento de vaivén! ¿Podemos hacer una descripción científica? Si estudiamos el movimiento de un número de objetos podemos quizás contestar a la pregunta. Si una masa se suspende a partir de un resorte, se tira hacia abajo y después se suelta, se producen las oscilaciones El balanceo de una bolita en una pista curvada, la bolita oscila hacia delante y atrás de su posición de reposo. Una masa suspendida del extremo de una cuerda (un péndulo simple), cuando la masa se desplaza de su posición de reposo y se la suelta se producen las oscilaciones. Un carrito atado entre dos soportes en un plano horizontal por medio de resortes oscilará cuando el carrito se desplaza de su posición de reposo y después se suelta. Una regla afianzada con abrazadera en un extremo a un banco oscilará cuando se presiona y después se suelta el extremo libre. MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE Es un movimiento periódico, oscilatorio y vibratorio en ausencia de fricción, producido por la acción de una fuerza recuperadora que es directamente proporcional al desplazamiento pero en sentido opuesto. Y que queda descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). El movimiento armónico simple es un movimiento periódico de vaivén, en el que un cuerpo oscila de un lado al otro de su posición de equilibrio, en una dirección determinada, y en intervalos iguales de tiempo. Por ejemplo, es el caso de un cuerpo colgado de un muelle oscilando arriba y abajo. El objeto oscila alrededor de la posición de equilibrio cuando se le separa de ella y se le deja en libertad. En este caso el cuerpo sube y baja. Es también, el movimiento que realiza cada uno de los puntos de la cuerda de una guitarra cuando esta entra en vibración; pero, pongamos atención, no es el movimiento de la cuerda, sino el movimiento individual de cada uno de los puntos que podemos definir en la cuerda. El movimiento de la cuerda, un movimiento ondulatorio, es el resultado del movimiento global y simultáneo de todos los puntos de la cuerda. ¿Qué es el efecto fotoeléctrico? Comúnmente se considera que el efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones de una superficie metálica cuando ésta es iluminada por luz. Un arreglo experimental para estudiar el efecto consiste de dos placas metálicas paralelas dentro de una botella a la que se le ha practicado vacío. Estas placas son conectadas a un amperímetro y a una batería con un potenciómetro que permite no sólo variar el potencial entre las placas sino además su signo. El experimento se lleva a cabo iluminando la superficie del cátodo (emisor), y como resultado se mide una pequeña corriente eléctrica en el amperímetro. Si hay una lectura de corriente, entonces hubo transferencia de electrones de una placa a la otra. Posteriormente se varía el potencial entre las placas, lo cual modifica la intensidad de la corriente medida por el amperímetro. Cuando este potencial se hace negativo, oponiéndose al movimiento de los electrones, se encuentra que existe un potencial de umbral,! V0, para el cual la corriente cesa. Este potencial multiplicado por la carga del electrón es la energía cinética máxima de los electrones foto-emitidos. Básicamente los experimentos muestran que: (1) La energía cinética de los fotoelectrones son independientes de la intensidad de la luz; (2) La energía cinética máxima de los fotoelectrones, ! Kmax =eV0, depende solamente de la frecuencia o longitud de onda de la radiación incidente; (3) La función de trabajo ! w0 del material emisor determina la frecuencia de umbral de la luz que puede liberar a los electrones. (4) El número de fotoelectrones liberados es proporcional a la intensidad de la luz. El efecto fotoeléctrico en la vida diaria Es muy curioso que en los lugares menos esperados o sin que siquiera lo notemos, las ideas revolucionarias de Einstein están presentes. Las aplicaciones del efecto fotoeléctrico las encontramos en: Camaras, en el dispositivo que gobierna los tiempos de exposición; en detectores de movimiento; en el alumbrado público; como regulador de la cantidad de tener en la máquinas copiadoras; en las celdas solares muy útiles en satélites, calculadoras, y relojes. Las aplicaciones las encontramos, también, cuando asistimos a una función de cine ya que el audio que escuchamos es producido por señales eléctricas que son provocadas por los cambios de intensidad de la luz al pasar por la pista sonora que viene en la cinta cinematográfica. Pero es muy interesante que el efecto fotoeléctrico se aplica en los ¡alcoholímetros! en donde la reacción del alcohol con una sustancia de prueba provoca cambios de color los cuales son medidos por el dispositivo, la lectura nos permite entonces saber la concentración de alcohol en el individuo. Estamos inmersos en un mundo tecnológico que Einstein descubrió para nosotros. Dualidad de la luz Desde sus inicios, la física ha sido utilizada como herramienta para lograr predecir fenómenos cuyos efectos puedan ser utilizados posteriormente en el uso de nuevas tecnologías. El comportamiento de la luz, fenómeno familiar para la humanidad desde siempre, ha podido ser explicado tan solo hasta hace poco tiempo atrás, y es que en nuestra lógica nos es difícil comprender lo complejo (de nuevo, en nuestra lógica) que puede llegar a ser el comportamiento de aquellas partículas que todo constituyen. El comienzo de su estudio, denominaría la luz como onda, pues la experiencia humana indicaba la incapacidad de ver aquello como un algo con masa aunque posiblemente si con un lugar en el espacio. Sin embargo entraría en la historia Newton en el siglo XVII definiendo este fenómeno como corpuscular, con el principal argumento de que su propagación se llevaba a cabo en línea recta, además explicaba fácilmente el fenómeno de reflexión de la luz. En sus comienzos, muchos serían los contradictores, sin embargo, dicha teoría perduraría hasta comienzos del siglo XIX, en donde un importante experimento conduciría a nuevas conclusiones, el experimento de Young, se apreciaba como la luz presentaba interferencia y difracción, fenómenos característicos de las ondas. Sería tan solo hasta comienzos del siglo XX en donde se definiría lo que hoy se conoce como dualidad onda-corpúsculo gracias a la inventiva, creatividad y análisis del científico alemán Albert Einstein, quien por medio de la explicación del efecto fotoeléctrico llegaría a esta conclusión. El efecto fotoeléctrico consiste en la aparición de corriente sobre un material conductor cuando sobre su superficie incide un rayo de luz cuya frecuencia debe ser superior a cierto valor característico para cada material. Lo que ocurre en este caso se explica comprendiendo la luz como un “algo” compuesto por diminutas partículas llamadas fotones, aunque con frecuencia y longitud de onda. Dichas partículas al estar en movimiento producían cierto valor de energía. En el efecto fotoeléctrico dicha energía incide sobre los átomos haciendo que los electrones que necesitan menos energía para salir, salgan del átomo, produciéndose por tanto la corriente mencionada. Lo curioso en esta experiencia era que a mayor intensidad de luz, la corriente no variaba, en cambio al aplicarse luz con una mayor frecuencia, la corriente era de mayor valor, lo que hacía notar que eran más los electrones liberados y por tanto más la energía que portaban los fotones constituyentes de dicha luz. Científicos que habían trabajado sobre el tema pasaron por alto este hecho, sin embargo Einstein no lo hizo logrando así conseguir llevarse el premio Nobel en 1921. Esto nos lleva a plantearnos algunos interrogantes, ¿es posible que toda onda tenga propiedades de partícula? y si es así ¿cómo definimos las diferencias entre onda y partícula?, ¿es realmente la energía transmitida por las distintas formas de ondas independiente de algún tipo materia que la porte?. Las ondas como tales, se producen gracias al movimiento armónico oscilatorio de partículas al interior de una material. Entonces, así como la luz posee partículas que se encargan de “llevar” la energía producida, el resto de aquellos comportamientos que relacionamos más con comportamientos ondulatorios pueden igualmente poseer partículas diminutas parecidas a los fotones. Según lo planteado por Einstein, la energía es directamente proporcional a la frecuencia de onda, con la característica de que dicha onda es considerada electromagnética. ¿Podrán ondas como las mecánicas, por poner un ejemplo, de igual manera poseer partículas que se encarguen de portar esa energía producida internamente en la vibración de aquellas partículas del material de donde se originó la onda?. El hecho de haber deducido que la luz actúa como un corpúsculo y a la vez como una onda, de igual manera como lo hacen el resto de ondas electromagnéticas, nos lleva a pensar en que posiblemente se tenga una relación más estrecha entre ondas y partículas. Todo esto apunta a una sola tendencia, unificar el concepto de onda y partícula. Entonces podemos pensar en las ondas como un conjunto de un tipo de partículas especiales derivadas de la perturbación de un medio en el que se ven involucradas varias partículas de mayor tamaño. La experiencia nos muestra que las ondas son productos del cambio de condiciones dentro de cierta “materia”, como el movimiento de partículas en conjunto, causado por diversas situaciones como fuerzas o temperatura simplemente. No sería descabellado pensar en que existan partículas mucho más pequeñas que las hasta ahora conocidas, las cuales sean el producto del movimiento de las partículas de un material, las cuales a su vez sean características del tipo de material y la causa de la onda, y que a su vez cumplan estrictamente la función de desplazarse portando una energía dependiente de la vibración de las partículas de mayor tamaño. Se puede comparar esta situación con la de un choque de dos cuerpos, donde existe indudablemente una perturbación tanto en un cuerpo como en el otro, así como en el medio que los rodea, estos cuerpos, si la energía es suficientemente grande puede ocasionar desprendimientos pequeños de partes de ambos cuerpos, los cuales por estar en movimiento portarán energía. Entonces, la transformación de energía ya no queda como algo tan conceptual, sino como la acción de interacción directa de partículas supremamente diminutas. Las distintas “formas” que puedan formarse a partir de ello, conformarían los diferentes tipos de energía conocidos. Web-grafía http://www.fisica.ru/dfmg/teacher/archivos/efecto_fotoelectrico.pdf http://biblioteca.pucp.edu.pe/docs/elibros_pucp/medina_hugo/Medina_Fisica2_Cap2.pdf http://www.eis.uva.es/~qgintro/atom/tutorial-09.html http://www.investigacionyciencia.es/investigacion-y-ciencia/numeros/1995/2/la-dualidad-en-lamateria-y-en-la-luz-3029