Transporte de energía

Ondas. Transporte
de energía.
1. El movimiento ondulatorio.
-El más sencillo de los movimientos periódicos es el M.A.S (movimiento armónico simple)
-Un movimiento es M.A.S cuando su aceleración es proporcional y de sentido opuesto al desplazamiento.
-La relación entre la fuerza recuperadora y la deformación producida viene dada por la ley de Hooke:
𝐹 = −𝑘 · 𝑥 = 𝑚 · 𝑎
-Un movimiento ondulatorio consiste en la propagación ordenada, en un medio material elástico, de la
vibración de sus partículas.
-En los movimientos ondulatorios se propaga energía, pero no materia.
-Las ondas pueden ser:
₪ Longitudinales: la dirección de vibración de cada partícula coincide con la dirección de
propagación de la onda [el sonido]
₪ Transversales: la dirección de vibración es perpendicular a la dirección de propagación [ondas
electromagnéticas]
2. Características de las ondas.
-Elongación (y): distancia desde la posición inicial de equilibrio al lugar en que se encuentra un punto de
la onda en un instante dado. Se mide en metros.
-Amplitud (A): elongación máxima.
-Fase: estado de vibración de cada punto de la onda, teniendo en cuenta su elongación y el sentido de
su velocidad.
-Longitud de onda (λ): distancia entre dos puntos consecutivos que están en fase.
-Período (T): tiempo que tarda la onda en recorrer un espacio igual a la longitud de onda.
-Frecuencia (f): número de ciclos que se producen en un segundo. Se mide en hercios [Hz]
-Velocidad de propagación (v):
𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜
𝜆
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 =
→ 𝑣 = = 𝜆·𝑓
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
𝑇
-Energía: la energía que transporta una onda aumenta con la amplitud y con la frecuencia de movimiento.
3. Ondas mecánicas. El sonido.
-El sonido está formado por ondas de presión longitudinales producidas por la vibración de los cuerpos.
-Cualidades de las ondas sonoras:
₪ Intensidad: cualidad relacionada con la energía que transporta el sonido y depende de la
amplitud de la onda. El sonido es más fuerte cuando la amplitud es más grande.
₪ Tono: frecuencia de la onda sonora. A mayor frecuencia, más agudo es el sonido.
₪ Timbre: cualidad que nos permite diferenciar dos sonidos con la misma intensidad y tono
producidos por dos focos diferentes.
-El ser humano capta el sonido a través del oído. Las vibraciones del aire se transmiten a una cadena de
huesecillos (martillo, yunque y estribo) en contacto con un líquido del oído interno que estimula el
nervio auditivo, que desemboca en el cerebro. Podemos escuchar sonidos entre los 20 y los 20.000 Hz.
-El nivel de intensidad sonora se expresa en decibelios (dB), correspondiendo 0 dB al umbral de audición
y 120 dB al umbral de dolor.
4. Fenómenos de propagación de las ondas materiales.
-Cualquier movimiento ondulatorio mecánico se propaga con velocidad constante en los medios
homogéneos.
-La velocidad del sonido en el aire depende casi exclusivamente de la temperatura absoluta:
-La velocidad media del sonido en el aire, a temperatura ordinaria, es de 340 m/s.
𝑣𝑠𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜 = 𝑘 · √𝑇
Reflexión y refracción:
-En la reflexión, una de las ondas cambia de dirección, pero sigue propagándose en el mismo medio, por
lo que mantiene la velocidad.
-En la refracción, una onda pasa al nuevo medio y sufre un cambio de velocidad y, en consecuencia, un
cambio en su dirección.
Aplicaciones de las ondas:
-Ondas sísmicas:
₪ Ondas P (primarias): son longitudinales y se propagan a 14 km/s. Atraviesan sólidos y líquidos.
₪ Ondas S (secundarias): son transversales y se propagan a 3’5 km/s. Atraviesan solo sólidos.
-Ultrasonidos: sonidos de frecuencias superiores a 20.000 Hz [ecografías, aumento de velocidad de
algunas reacciones, esterilización de conservas…]
5. Dos modelos para la luz.
-Modelo corpuscular. Fue propuesto por Newton y verificado por Einstein, que afirmó que la luz estaba
formada por paquetes de energía llamados fotones:
1. La luz está formada por fotones.
2. Los fotones son pequeñas cantidades de energía.
3. Los fotones pueden ser iguales o diferenciarse por su cantidad de energía.
4. La luz es emitida o absorbida por la materia, pudiendo ser también reflejada o desviada por ella.
-Esto explica el efecto fotoeléctrico.
-Modelo ondulatorio: Huygens supuso que la luz estaba formada por ondas, lo que explica los
fenómenos de interferencia.
Maxwell (s. XIX) propuso que la luz estaba formada por ondas electromagnéticas que se desplazaban a
300.000 km/s.
-Actualmente se cree que los modelos son complementarios y se dice que la luz posee una naturaleza
dual onda – corpúsculo.
6. Propiedades de la propagación de la luz.
-Reflexión: puede producirse una reflexión especular o difusa. Leyes de la reflexión:
1. El haz incidente, la normal y el haz reflejado, están en un mismo plano.
2. Los ángulos de incidencia y de reflexión son iguales.
-Refracción: índice de refracción de un medio transparente es la relación entre la velocidad de
propagación de la luz en el vacío (c) y la velocidad en ese medio. Leyes de la refracción:
1. El haz incidente, la normal y el haz refractado están en un mismo plano.
2. El cociente entre los senos del ángulo de incidencia y el de refracción es constante e igual al
índice de refracción del segundo respecto al primero:
𝑠𝑒𝑛 𝑖
𝑛2
𝑣1
=
=
= 𝑛2,1
𝑠𝑒𝑛 𝑟
𝑛1
𝑣2
-Dispersión. Cuando la luz atraviesa un medio material, cada frecuencia luminosa se propaga con una
velocidad ligeramente diferente. El arco iris es una dispersión natural. Se debe a la combinación de una
dispersión y una reflexión total de la luz del Sol en las gotas de lluvia. Siempre se forman dos arcos
concéntricos.