Vibraciones, Pulsos y Ondas

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Vibraciones, Pulsos y Ondas
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Aprendizajes esperados

• Al completar la unidad, alumnos y alumnas
• Reconocen que el comportamiento de objetos muy
  diversos (cuerdas, láminas, aire en cavidades,
  los diferentes instrumentos musicales) puede
  tener un origen común (la vibración).

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Introducción

• Te has preguntado cómo escuchamos? Cómo llega
  la señal de televisión o de radio a nuestra casa?
  Cómo es posible que nos comuniquemos por
  celular? Cómo las ballenas se comunican entre
  sí? Cómo los murciélagos, a pesar de ser ciegos,
  esquivan objetos y atrapan su alimento?

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• La respuesta es simple
• Por las ondas.
• Pero para que haya una onda, antes tiene que
  existir una vibración.
• Entonces qué es una vibración?

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V i b r a c i ó n

• Una vibración es una oscilación respecto a una
  posición en equilibrio.
• Por ejemplo, cuando haces sonar una campana, ésta
  vibra.
• Estas vibraciones se desplazan por un espacio y
  para esto requieren de un determinado tiempo.

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Ejemplo
Nota prender altavoces
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O n d a s

• Entonces, qué es una onda?
• Es el desplazamiento de partículas en el espacio
  durante un determinado tiempo.

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Ondas

• En términos físicos una onda es una perturbación
  que se propaga en un medio material (por ejemplo
  una cuerda) o por el vacío (las ondas
  electromagnéticas).

Movimiento de una onda en una cuerda
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• Estamos continuamente en contacto con las ondas,
  la mayor parte de la información que recibimos
  nos llega por medio de algún tipo de onda.El
  sonido es energía que llega hasta nuestros oídos
  en forma de onda. La luz es energía que llega a
  los ojos en forma de otro tipo de onda muy
  diferente, una onda electromagnética.

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• Las señales que reciben nuestros aparatos de
  radio y televisores también se propagan en forma
  de ondas electromagnéticas. Una onda es un
  fenómeno en el cual se transmite energía desde
  una fuente que vibra hasta otro objeto sin
  transportar materia, siendo esta una de las
  principales propiedades de las ondas.

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Las ondas transmisión de información
Emisión Propagación Recepción
Sonido Vibración de un objeto Onda de sonido Oído (membrana)
Luz Oscilaciones de carga Onda de luz (electromag-netica Ojo (retina)
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• Cuando agitamos rítmicamente el extremo de una
  cuerda que es sostenida por otra persona en el
  otro extremo de esta, y se mantiene una cierta
  tensión, vemos que esta perturbación rítmica se
  propaga por la cuerda hasta llegar al otro
  extremo.

• Cada punto del cordel se mueve hacia arriba y
  hacia abajo mientras la perturbación se desplaza
  horizontalmente. Lo que avanza por el cordel es
  la perturbación no las partes de las cuerdas.

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Perturbación en el medio

• SUPERFICIE DEL AGUA
• La superficie del agua entra en vibración cuando
  se la perturba por acción de un cuerpo que cae,
  el viento, etc.
• Si se arroja una piedra en un estanque con agua
  tranquila se producirá una onda que se aleja del
  centro en forma de círculos que se expanden, lo
  que viaja es la perturbación y no el agua, pues
  una vez que la perturbación ha pasado el agua
  está en el mismo lugar que estaba inicialmente y
  en reposo

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• Cuando alguien te habla desde el otro extremo de
  una habitación, la onda sonora es una
  perturbación que se propaga a través del aire del
  recinto.

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Características de las ondas

• Algunas características de una onda
• La posición más alta con respecto a la posición
  de equilibrio se llama Cresta.
• La posición más baja con respecto a la posición
  de equilibrio se llama Valle.
• El máximo alejamiento de la onda con respecto a
  la posición de equilibrio se llama Amplitud.

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Características de las ondas
Cresta
Amplitud
Posición de equilibrio
Amplitud
Valle
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• La distancia que hay entre dos crestas o dos
  valles se llama Longitud de onda.

Longitud de onda
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• El tiempo transcurrido entre dos ondas
  consecutivas se llama periodo.
• El número de ondas emitidas en cada segundo se
  llama frecuencia.

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Tipos de ondas

• Tenemos dos tipos de ondas
• Las ondas transversales.
• Las ondas longitudinales.

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Onda transversal

• Las ondas transversales son aquellas en donde el
  movimiento de las partículas que transporta la
  onda son perpendiculares a la dirección de
  propagación de la onda.
• Por ejemplo, al hacer vibrar una cuerda tensa.

Onda transversal
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El movimiento del cordel (hacia arriba y hacia
abajo) forma un ángulo recto con la dirección de
la rapidez de la onda.
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Onda longitudinal

• Las ondas longitudinales son aquellas en donde el
  movimiento de las partículas que transporta la
  onda sucede en la misma dirección de propagación
  de la onda.
• Por ejemplo, el sonido.

Onda longitudinal
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Ondas longitudinales y transversales
Las ondas transfieren energía de izquierda
a derecha.
Cuando el resorte se estira y se comprime, se
produce una onda longitudinal.
Cuando el extremo del resorte se mueve de lado a
lado, se produce una onda transversal.
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Ondas longitudinales y transversales
Las olas son una combinación de movimientos
longitudinal y transversal
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Ondas generadas por un terremoto

• Las ondas P son longitudinales y atraviesan
  materiales fundidos y sólidos.
• Las ondas S son transversales y sólo se propagan
  por materiales sólidos.
• Las reflexiones y refracciones de las ondas
  proporcionan información sobre el interior de la
  Tierra.

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La rapidez de una onda

• La rapidez de una onda depende del medio a través
  del cual se propaga. Por ejemplo, las ondas
  sonoras se desplazan a una rapidez de 330 m/s a
  350 m/s en el aire (también depende de la
  temperatura ambiental) y unas 4 veces más rápido
  en el agua. Cualquiera sea el medio, existe una
  relación entre la longitud de onda, la frecuencia
  y la rapidez de la onda
• rapidez de la onda frecuencia x longitud de
  onda. o en fórmula
• v f l
• donde v es la rapidez de la onda, f es su
  frecuencia y l  es la longitud de onda.

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Ejemplo 1

• Al mover el extremo de una cuerda de 40 metros
  que está atada a un poste vemos que nos llega de
  vuelta este meneo a los 8 segundos, entonces la
  rapidez de la perturbación que viaja por la
  cuerda es
• Falta conocer su frecuencia.
• 0,1 m/s
• 5 m/s
• 10 m/s
• Falta conocer su longitud de onda.

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Ejemplo 2

• Una radioemisora transmite su señal a
  través de la frecuencia de 80 MHz, esto quiere
  decir que
• emite 80 ondas en un segundo.
• transmite ultrasonido.
• estas ondas corresponden a ondas luminosas.
• su longitud de onda es de 80 cm.
• estas ondas viajan a 3 x 108 m/s

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Ejemplo 3

• En un estanque con agua se generan ondas como
  muestra la figura de abajo. La longitud de onda
  es
• 3 m.
• 3,5 m.
• 6 m.
• 7 m.
• Falta información

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Ejemplo 4

• En el extremo de un resorte de 8 m se generan
  ondas de tal forma que caben en él justo 20 ondas
  cuya frecuencia es de 25 Hz, entonces la rapidez
  de las ondas que viajan por este resorte es
• 0,4 m/s.
• 500 m/s.
• 10 m/s.
• 62,5 m/s.
• 200 m/s.

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Ejemplo 5

• En una piscina con agua quieta un niño que está
  sentado en la orilla mueve su pie dos veces cada
  segundo, las olas que esto provoca viajan a 1
  m/s, por lo tanto la longitud de onda de estas
  olas es
• 2 m.
• 1 m
• 0,5 m
• 50 m.
• Falta conocer la frecuencia.

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Ejemplo 6

• En el extremo de una cuerda de 20 metros una
  persona genera ondas que se desplazan con una
  rapidez de 4 m/s, cuánto tardará en volver a la
  persona que generó las ondas, la primera onda que
  emitió?
• 5 s.
• 10 s.
• 0,1 s
• 0,2 s
• Falta información.

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Ejemplo 7

• Cuando pasan unas ondas por un resorte que está
  en posición horizontal, las espiras de este
  resorte vibran moviéndose hacia arriba y hacia
  abajo, entonces las ondas que están pasando por
  este resorte son
• Electromagnéticas.
• Longitudinales.
• de amplitud pequeña.
• Transversales.
• Rápidas.

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Ejemplo 8

• Respecto a las ondas se presentan las siguientes
  afirmaciones
• La luz es una onda electromagnética.
• La frecuencia no tiene relación con el período.
• La rapidez de una onda depende de su
  amplitud.Son verdaderas
• Sólo I
• Sólo II.
• Sólo III.
• I y II.
• II y III.

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Ejemplo 9

• El extremo de una cuerda de 8 m es movido
  periódicamente hacia arriba y abajo 5 veces en
  cada segundo y las ondas que esto provoca en la
  cuerda viajan a 4 m/s, entonces el período de
  estas ondas es
• 5 Hz.
• 4 s.
• 2 s.
• 0,2 Hz.
• 0,2 s.

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Ejemplo 10

• Con respecto a las ondas que viajan por una
  cuerda inextensible que está en posición
  horizontal que son generadas al subir y bajar
  rítmicamente uno de sus extremos se hacen las
  siguientes afirmaciones
• I. Son ondas transversales.
• II. Si se aumenta la amplitud va aumentar su
  rapidez.
• III. Si se disminuye el período va a aumentar la
  frecuencia.
• De estas afirmaciones son falsas
• Sólo I.
• Sólo II.
• Sólo III.
• I y III.
• Todas.

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Ejemplo 11

• Un transmisor de radio emite su señal con una
  frecuencia de 60 Mhz. por lo tanto la longitud de
  onda de estas ondas es
• 5 m.
• 5 x 106 m.
• 0,2 m.
• 5000 m.
• Faltan datos.

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Ejemplo 12

• En la figura de abajo se muestra una cuerda por
  donde van viajando ondas a 8 m/s y el largo de
  esta cuerda es de 20 m.
• Entonces, el período de estas ondas es
• 4 s.
• 2 s.
• 2,5 s
• 0,4 s.
• 0,5 s.

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Fenómenos de las ondas

• Al viajar a través de un medio, las ondas suelen
  interactuar entre sí o con otros elementos, dando
  origen a fenómenos como la interferencia, la
  difracción, la reflexión, la refracción, las
  ondas estacionarias, y otros.

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• Cuando una o varias ondas que viajan por un medio
  llegan a un punto sólido o de mayor densidad, se
  produce una onda que se devuelve a su punto de
  origen. Este fenómeno se llama reflexión, y
  produce efectos como el eco y las ondas
  estacionarias.

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• La interferencia ocurre cuando dos o más ondas
  están pasando por un punto, ya sea de una cuerda,
  un resorte, en el agua, etc. El resultado de
  dicha interacción es la suma de las amplitudes de
  las ondas involucradas.

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• Cuando la cresta de una onda se superpone a la
  cresta de otra el resultado es una onda de mayor
  amplitud, este fenómeno se conoce como
  interferencia constructiva. Cuando la cresta de
  una onda se superpone al valle de otra el
  resultado es casi nulo, a esto se le llama
  interferencia destructiva. Esto lo podemos ver en
  cuerdas, olas en el agua, sonidos, etc.

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• Las ondas estacionarias  se producen por la
  interferencia de ondas incidentes y reflejadas
  que viajan por una cuerda. En estas ondas
  (estacionarias) se producen puntos fijos llamados
  nodos y puntos de gran amplitud llamados anti
  nodos.

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• Cuando un frente de ondas cambia de medio se
  puede producir un cambio en su dirección y
  rapidez de propagación, como por ejemplo, cuando
  las ondas en el agua pasan a zonas más profundas
  o cuando la luz pasa del agua al aire o
  viceversa. A este fenómeno se le llama
  refracción.

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Ejemplo 1

• Las ondas periódicas que viajan por el agua de
  cierta zona de una pileta pasan a otra zona más
  profunda, entonces
• Disminuyen su rapidez.
• Aumentan el período.
• Aumentan la frecuencia.
• Mantienen su frecuencia.
• Mantienen su rapidez.

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Fenómenos de las ondas

• Otro fenómeno asociado a las ondas es la
  difracción, que consiste en la desviación de una
  onda en torno a un obstáculo o barrera. El
  principio de Huygens nos dice que todos los
  puntos de un frente de ondas se pueden considerar
  como fuentes puntales de ondas secundarias, como
  ocurre con las ondas generadas en el agua, que
  pasan por una abertura angosta.

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Ejemplo 1

• Las dos señales que viajan por la cuerda de la
  figura de abajo tienen la misma longitud de onda
  y tienen el sentido de propagación indicado.
• La figura que mejor representa el instante en que
  las dos señales se superponen completamente es

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Ejemplo 2

• Una cuerda está fabricada de tal manera que tiene
  una parte más gruesa y densa (lado derecho) que
  la otra. Se envía una señal como se indica en la
  figura inferior
• La figura que mejor representa a la cuerda
  un momento después es

49
Ejemplo 3

• Si las olas que son generadas en la orilla de una
  piscina pasan por el lado y rodean a una persona
  que está en medio de esta estamos en presencia
  de
• interferencia.
• refracción.
• superposición.
• reflexión.
• difracción.

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Ejemplo 4

• En la figura que está abajo se muestra una cuerda
  que tiene dos zonas de distinta densidad y viajan
  ondas desde el sector menos denso como indica la
  flecha. Al respecto se hacen las siguientes
  afirmacionesI. La rapidez de las ondas va a
  aumentar.II. La longitud de onda va a
  disminuir.III. La frecuencia de las ondas va a
  aumentar.
• Es(son)verdadera(s)
• Sólo I.
• Sólo II.
• Sólo III.
• I y II.
• II y III.

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Ejemplo 5

• El eco se debe a
• la interferencia entre las ondas sonoras
  reflejadas.
• el principio de Huygens, ya que se escucha varias
  veces.
• la reflexión, a veces sucesiva, del sonido.
• a vibraciones forzadas que produce el sonido
  cuando rebota.
• pulsaciones debido a varias fuentes de sonido.
  

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Ejemplo 6

• La figura inferior muestra una vista superior de
  las ondas que son generadas en el agua por el
  vibrador V de la cubeta de ondas que luego se
  encuentran con una barrera que tiene un paso en
  su centro. Las ondas pasan al otro lado de la
  barrera con la forma que indica el diagrama.
• Esto es una consecuencia de
• la superposición de las ondas que pasan al otro
  lado de la barrera.
• el principio de Huygens.
• la refracción de las ondas al pasar la barrera.
• la interferencia que se produce entre la barrera
  y las ondas.
• la pequeña amplitud que tienen estas ondas.

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Ejemplo 13

• Respecto de la interferencia de ondas se hacen
  estas tres afirmaciones
• Solo es posible con ondas mecánicas.
• Puede producir pulsaciones.
• Puede provocar amplitudes más grandes que las
  iniciales.
• Es(son) verdadera(s)
• Sólo I.
• Sólo II.
• Sólo III.
• II y III.
• I, II y III.

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(No Transcript)
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(No Transcript)