LA PRIPAGACION DE LAS ANDAS

Propagación del sonido


Velocidad del sonido


La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las características del medio en el que se transmite dicha propagación; presión, temperatura, densidad, humedad. En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases, dada la densidad de las partículas que permite un mayor intercambio de energía cuando estas se encuentran más cerca1 .
  • La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20º) es de 343 m/s. La ecuación creada por Newton y posteriormente modificada por Laplace que permite obtener la velocidad del sonido en el aire teniendo en cuenta la variable de la temperatura es "331+(0,6 x Temperatura)".
  • En el agua(a 35 °C) es de 1493 m/s (a 22 C°) es de 1500 m/s.
  • En la madera es de 370 km/s.
  • En el hormigón es de 4000 m/s.
  • En el acero es de 6100 m/s.
  • En el aluminio es de 210 m/s.
  • En el vidrio es de 300 m/s.


Fenómenos físicos que alteran a la propagación del sonido


  • Absorción. La capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo, cuando el sonido incide sobre el material.
Su valor varía entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).
  • Reflexión. Fenómeno por el cual una onda se absorbe o regresa.
El eco se produce cuando este sonido es alterado por una constante que da como resultado mundial un sonido que se refleja en un medio más denso y llega al oído de una persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundos, respecto del sonido que recibe directamente de la fuente sonora.
  • Transmisión. La velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente, de la elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma inicial. El acero es un medio muy elástico, en contraste con la plasticina, que no lo es. Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad.
  • Refracción. Cuando un sonido pasa de un medio a otro, se produce refracción. La desviación de la onda se relaciona con la rapidez de propagación en el medio.
El sonido se propaga más rápidamente en el aire caliente que en el aire frío. Es la desviación que sufren las ondas en la dirección de su propagación, cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. La refracción se debe a que al cambiar de medio, cambia la velocidad de propagación del sonido.
  • Difracción o dispersión. Si el sonido encuentra un obstáculo en su dirección de propagación, es capaz de rodearlo y seguir propagándose.
La persona B puede escuchar a la persona A, en virtud de que las ondas sonoras emitidas por A rodean el muro y llegan al oído de B.
  • Difusión. Si la superficie donde se produce la reflexión presenta alguna rugosidad, la onda reflejada no sólo sigue una dirección sino que se descompone en múltiples ondas.

FORMACION DE ONDAS;

La onda como fenómeno físico: 
En física, una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio o el vacío. 

Onda mecánica. 
Las ondas sísmicas. 
Onda electromagnética. 
Microondas. 
Onda gravitacional. 
A la representación vectorial denominada Función de ondas. 
La empresa de transporte uruguaya ONDA, actualmente desaparecida y que tuvo influencia importante en el país. 
La cadena de radio española Onda Cero. 
Los premios a artistas musicales denominados Premios ONDA. 
El fenómeno atmosférico conocido como onda de Rossby. 
La más conocida técnica de combate de Dragon Ball, denominada Kame Hame Ha y que en España suele mencionarse como Onda Vital.

Onda mecánica

Una onda mecánica es una perturbación de las propiedades mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio.
Todas las ondas mecánicas requieren:
  1. Alguna fuente que cree la perturbación.
  2. Un medio en el que se propague la perturbación.
  3. Algún medio físico a través del cual elementos del medio puedan influir uno al otro.
El sonido es el ejemplo más conocido de onda mecánica, que en los fluidos se propaga como onda longitudinal de presión. Los terremotos, sin embargo, se modelizan como ondas elásticas que se propagan por el terreno. Por otra parte, las ondas electromagnéticas no son ondas mecánicas, pues no requieren un material para propagarse, ya que no consisten en la alteración de las propiedades mecánicas de la materia (aunque puedan alterarlas en determinadas circunstancias) y pueden propagarse por el espacio libre (sin materia)

EJEMPLO;

EJEMPLO DE ONDA MECANICA: Las ondas sonoras y las ondas en el agua son mecanicas. 
La onda que transmite un látigo lleva una energía que se descarga al golpear su punta. Las partículas del látigo vibran, pero no se desplazan con la onda. 
El sonido, las ondas que se forman en la superficie del agua, las ondas en muelles o en cuerdas, son algunos ejemplos de ondas mecánicas y corresponden a compresiones, deformaciones y, en general, a perturbaciones del medio que se propagan a través suyo. 

ONDAS ELECTROMAGNETICAS: Son las ondas que solo necesitan un medio para rpopagarse, por ejemplo las ondas del radio y la television, y la luz visible, las ondas generadas en los hornos de microondas, Ondas de radio provenientes de la Galaxia, etc. 
En pocas palabras son las pueden viajar sobre el vacio.

Onda mecánica



Una onda mecánica es una perturbación de las propiedades mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio.
Todas las ondas mecánicas requieren:
  1. Alguna fuente que cree la perturbación.
  2. Un medio en el que se propague la perturbación.
  3. Algún medio físico a través del cual elementos del medio puedan influir uno al otro.
El sonido es el ejemplo más conocido de onda mecánica, que en los fluidos se propaga como onda longitudinal de presión. Los terremotos, sin embargo, se modelizan como ondas elásticas que se propagan por el terreno. Por otra parte, las ondas electromagnéticas no son ondas mecánicas, pues no requieren un material para propagarse, ya que no consisten en la alteración de las propiedades mecánicas de la materia (aunque puedan alterarlas en determinadas circunstancias) y pueden propagarse por el espacio libre (sin materia)

Ondas sonoras

Una onda sonora es un caso particular de onda elástica, concretamente una onda elástica longitudinal. Los fluidos son medios continuos que se caracterizan por no tener rigidez y por tanto no pueden transmitir ondas elásticas transversales sólo longitudinales de presión

Ondas elásticas

En un medio elástico no sometido a fuerzas volumétricas la ecuación de movimiento de una onda elástica que relaciona la velocidad de propagación con las tensiones existentes en el medio elástico vienen dadas, usando el convenio de sumación de Einstein, por:
(1)
\frac{\part \sigma_{ij}}{\part x_j} = \rho \left(\frac{\part v_i}{\part t} + v_j\frac{\part v_i}{\part x_j} \right)
Donde \rho\, es la densidad y el término entre paréntesis del segundo término coincide con la aceleración o derivada segunda del desplazamiento. Reescribiendo la ecuación anterior en términos de los desplazamientos producidos por la onda elástica, mediante las ecuaciones de Lamé-Hooke y las relaciones del tensor deformación con el vector desplazamiento, tenemos:
(2a)
\frac{E}{2(1+\nu)}\frac{\part^2 u_i}{\part x_k^2} + \frac{E}{2(1+\nu)(1-2\nu)}\frac{\part^2 u_k}{\part x_k \part x_i} = \rho \ddot{u}_i
Que escrita en la forma vectorial convencional resulta:
(2b)
\frac{E}{2(1+\nu)}\Delta\mathbf{u} + \frac{E}{2(1+\nu)(1-2\nu)}\boldsymbol{\nabla}( \boldsymbol{\nabla}\cdot\mathbf{u})=\rho\ddot{\mathbf{u}}

Ondas planas

En general una onda elástica puede ser una combinación de ondas longitudinales y de ondas transversales. Una manera simple de demostrar esto es considerar la propagación de ondas planas en las que el vector de desplazamientos provocados por el paso de la onda tiene la forma \mathbf{u}=\mathbf{u}(x,t). En este caso la ecuación (2b) se reduce para una onda plana a:

\frac{\part^2u_x}{\part t^2} = \frac{1}{v_L^2} \frac{\part^2u_x}{\part x^2}, \qquad \frac{\part^2u_y}{\part t^2} = \frac{1}{v_T^2} \frac{\part^2u_y}{\part x^2}, \qquad \frac{\part^2u_z}{\part t^2} = \frac{1}{v_T^2} \frac{\part^2u_z}{\part x^2}
En las ecuaciones anteriores la componente X es una onda longitudinal que se propaga con velocidad v_L mientras que la componente en las otras dos direcciones es transversal y se se propaga con velocidad v_T. Donde la velocidad de la onda longitudinal y de la onda transversal vienen dadas por:

v_L = \sqrt{\frac{\lambda+2\mu}{\rho}} = \sqrt{\frac{E(1-\nu)}{\rho(1+\nu)(1-2\nu)}}, \qquad v_T = \sqrt{\frac{\mu}{\rho}} = \sqrt{\frac{E}{2\rho(1+\nu)}}







ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS





Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía.
Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.

Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. 
Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.

ORIGEN Y FORMACIÓN


Las cargas eléctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnéticas
dipolo oscilanteEl campo E originado por la carga acelerada depende de la distancia a la carga, la aceleración de la carga y del seno del ángulo que forma la dirección de aceleración de la carga y al dirección al punto en que medimos el campo( sen q).
Un campo electrico variable engendra un campo magnético variable y este a su vez uno electrico, de esta forma las o. e.m. se propagan en el vacio sin soporte material

CARACTERÍSTICAS de LA RADIACIÓN E.M.

  • Los campos producidos por las cargas en movimiento puden abandonar las fuentes y viajar a través del espacio ( en el vacio) creándose y recreándose mutuamente. Lo explica la tercera y cuarta ley de Maxwell.
  • Las radiaciones electromagnéticas se propagan en el vacio a la velocidad de la luz "c". Y justo el valor de la velocidad de la luz se deduce de las ecuaciones de Maxwell, se halla a partir de dos constantes del medio en que se propaga para las ondas electricas y magnética .
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  • Los campos electricos y magnéticos son perpendiculares entre si ( y perpendiculares a la dirección de propagación) y estan en fase: alcanzan sus valores máximos y mínmos al mismo tiempo y su relación en todo momento está dada por E=c· B
  • El campo eléctrico procedente de un dipolo está contenido en el plano formado por el eje del dipolo y la dirección de propagación. El enunciado anterior también se cumple si sustituimos el eje del dipolo por la dirección de movimiento de una carga acelerada
  • Las ondas electromagnéticas son todas semejantes ( independientemente de como se formen) y sólo se diferencian e n su longitud de onda y frecuencia. La luz es una onda electromagnética
  • Las ondas electromagnéticas transmiten energía incluso en el vacio. Lo que vibra a su paso son los campos eléctricos y magnéticos que crean a propagarse. La vibracion puede ser captada y esa energía absorberse.
  • Las intensidad instantánea que posee una onda electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la direción de propagación es: I=c· eoE2. La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión anterior.
  • La intensidad de la onda electromagnética al espandirse en el espacio disminuuye con el cuadrado de la distancia y como "I "es proporcional a E2 y por tanto a sen2Q . Por lo tanto existen direcciones preferenciales de propagación

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Pulsa el botón izquierdo (o derecho) del ratón y arrastra en horizontal para obtener distintas perspectivas de la propagación (alrededor del eje z). Pulsa y arrastre en vertical para girar alrededor del plano xy.

Realiza, obseva y comprueba lo siguiente:
1-Supón que le campo eléctrico es el de color verde oscuro y vibra en el plano "yz" y el magnético, el granate , vibra en el plano "xz" . Comprueba que alcanzan el máximo y el mímino al mismo tiempo. Lejos de la fuente los campos viajan en fase
2.-Comprueba girando el enfoque con el que los observas que se propagan perpendicularmente entre si y perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Por lo tanto la Onda E.M. es una onda tranvesrsal
3.- Al ser una onda transversal puede ser polarizada. Para comprobar los efectos del polarizador se visualiza sólo el compo eléctrico ( amarillo) vibrando en el plano formado por el eje z y la bisectriz del yx. El polarizador permite que sólo atraviese la componente de proyección sobre el eje y. Comprueba que la amplitud del rayo polarizado (rojo) es siempre menor en cada instante que la del rayo sin polarizar tal como corresponde a su proyección. Mira desde distintas perspectivas la figura respecto al eje z y plano xy.

                                                     





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