CARACTERIZACIÓN DE ONDAS MECÁNICAS

DEFINICIÓN DE ONDA MECÁNICA:

Una Onda Mecánica es la propagación de una perturbación que se realiza en un material o sustancia llamado medio.

Microscópicamente:

Una onda mecánica es un movimiento oscilatorio, es decir, alrededor de su punto inicial (de un conjunto de partículas enlazadas por fuerzas físicas) que fue originado en una zona y se trasmitió hacia otras.

Es decir, cuando levantamos y bajamos rápidamente una cuerda estirada, las partículas de la cuerda NO viajan en dirección horizontal porque la cuerda esta estirada, sino que la “perturbación” que provocamos se trasmite a lo largo de la cuerda haciendo que sus partículas suban y bajen.

Esta onda es la que vieja en sentido horizontal, sus partículas se mueven verticalmente alrededor de su punto inicial

PROPIEDADES GENERALES DE LAS ONDAS MECÁNICAS

Para el estudio general de las ondas mecánicas, se consideran las siguientes propiedades “ideales”:

1.- El medio en el que se genera una onda mecánica tiene que ser “elástico”, es decir, que puede deformarse y recuperarse para que pueda trasmitir la perturbación.

2.- El medio perturbado o las partículas perturbadas NO son las que viajan, las partículas solo realizan movimientos vibratorios verticales u horizontales, lo que viaja es la forma de la perturbación.

3.- La onda transporta energía, ya que para ir moviendo las partículas de la perturbación se requiere ir aplicando trabajo mecánico al sistema.

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS

Las ondas se pueden clasificar por diferentes criterios, los cuales pueden ser:

POR EL MEDIO EN EL QUE SE PROPAGA

Ondas Mecánicas

Son las que se originan y propagan en un medio como el agua, el gas o un sólido, tales como las ondas sonoras, las olas del mar, las ondas sísmicas.

Ondas Electromagnéticas

Son las ondas que se propagan en el “vacío” y que son generadas por un campo eléctrico o magnético, tales como los rayos X, la luz visible, los rayos ultravioletas.

Ondas Gravitacionales

Que en teoría son ondas que se originan por la presencia de materia y se propagan por el espacio-tiempo

POR LA DIRECCIÓN DE LA VIBRACIÓN

Ondas Longitudinales Son las ondas en las que las vibraciones de la perturbación se producen en la misma dirección que la de su propagación.

Ondas Transversales

Son las ondas en que sus vibraciones de la perturbación se producen en dirección perpendicular a la de la propagación de la onda.

Por ejemplo: recuerda que los sismos están compuestos por ambos tipos de onda, longitudinales (llamados oscilatorios) y transversales (trepidatorios)

POR LA CANTIDAD DE PERTURBACIONES O POR SU PERIODICIDAD:

Ondas Periódicas o Tren de Ondas

Cuando la perturbación es repetitiva y uniforme

Onda No Periódicas o Pulso

Cuando solo es una perturbación.

POR LAS DIMENSIONES QUE UTILIZAN PARA PROPAGARSE

Ondas Unidimensionales

Son las ondas que se propagan a lo largo de una sola dirección en el espacio, como la onda que se propaga en una cuerda.

Ondas Bidireccionales

Son las ondas que se desplazan en un plano, tales como las ondas que se producen en un lago después de dejar caer una piedra en él.

Ondas Tridimensionales

Son las ondas que se desplazan esféricamente, tales como el sonido o las ondas electromagnéticas

POR SU INTERACCIÓN CON ELLAS MISMAS

Ondas viajeras

Son las ondas que se trasmiten indefinidamente en un medio de longitud infinita

Como el sonido en un espacio abierto o la luz también en un espacio abierto.

Ondas Estacionarias

Son las ondas que se trasmiten en un medio de longitud finita.

Como el sonido en un espacio cerrado, la luz en un espacio cerrado y reflejante o la vibración de las cuerdas de una guitarra.

ELEMENTOS DE LAS ONDAS MECÁNICAS

Las ondas tienen las siguientes características:

LONGITUD DE ONDA (λ):

Es la distancia que hay entre 2 crestas (puntos más altos de la onda) o valles (puntos más bajos de la onda).

AMPLITUD (A):

Es la distancia entre el punto de equilibrio y el máximo desplazamiento alcanzado.

CRESTA Y VALLE

Son los puntos más distantes de los que se alejan las partículas del medio del punto inicial

PROPIEDADES DE LAS ONDAS MECÁNICAS

Las ondas tienen las siguientes propiedades:

FRECUENCIA (f):

La frecuencia de una onda es el número de ciclos o vibraciones completas que pasan por un punto en 1 segundo. Su unidad de medida es el Hertz = (#ciclos / segundo)

Es decir que, si tu corazón trabaja a 1 Hertz, tiene un latido por segundo, o sea, 60 latidos por minuto.

PERIODO (T):

El periodo de una onda es el tiempo en el que se produce un ciclo completo o una vibración completa.

La unidad de medida son los segundos, pero también es igual al inverso de la frecuencia: Periodo (T) = 1 / Frecuencia(f).

VELOCIDAD O RAPIDEZ DE PROPAGACIÓN DE UNA ONDA MECÁNICA:

La velocidad o rapidez de propagación de una onda es la velocidad con la que se propaga la onda en el medio perturbado.

Esta velocidad puede ser muy baja como la velocidad de una onda en un estanque (30m/s) o tan alta como la velocidad de la luz (300,000 km /s).

FORMULA DE LA VELOCIDAD DE UNA ONDA

La velocidad de propagación es igual a la multiplicación de la longitud de onda por la frecuencia.

INTENSIDAD DE UNA ONDA

La intensidad de una onda es la cantidad de energía que trasmite una onda a través de una unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación en una unidad de tiempo:

UNIDAD DE MEDIDA DE LA INTENSIDAD DE ONDA

La unidad de medida de la intensidad de onda es el Julio/m²*s o el Watt/m² (en el sistema internacional)

EJEMPLOS:

1.- Determina la velocidad con la que se propagan las ondas en un estanque de agua, cuando estas tienen una longitud de onda de 0.5 m y son emitidas con una frecuencia de 3 Hertz.

         Primero determinamos la formula a utilizar:

         Sustituimos nuestros valores:

         Realizamos las operaciones y obtenemos:

         Recuerda el valor del Hertz. Se utilizó para hacer las operaciones.

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