CONTENIDO
1) ONDAS
clasificación
ecuación de una onda
fenómenos undulatorios
reflexión
refracción
principio de Huygens
difracción
principio de superposición
2) EL SONIDO
naturaleza del sonido
velocidad del sonido
características del sonido
efecto Doppler
cuerdas
tubos sonoros
3) OPTICA
comportamiento de la luz
naturaleza y propagación de la luz
velocidad de la luz
reflexión
refracción
ONDAS
En física, se conoce como onda a la
propagación de la energía (y no de la masa) a través del espacio, mediante la
perturbación de alguna de sus propiedades físicas, como son la densidad,
presión, campo eléctrico o campo magnético. Este fenómeno puede darse en un
espacio vacío o en uno que contenga materia (aire, agua, tierra, etc.).
Las ondas se producen como
consecuencia de oscilaciones y vibraciones de la materia, propagándose en el
tiempo según lo descrito por la Teoría de ondas, rama de la física encargada de
comprender dicho fenómeno, sumamente común en el universo. La propagación de
las ondas es uno de los fenómenos físicos fundamentales.
De acuerdo al origen de las ondas o
la naturaleza del medio a través del cual se propagan, entonces, dependerán los
efectos de su aparición y las características que posean. Así, podemos hablar
de ondas de luz, sonoras, etc., cada una con propiedades físicas y una
frecuencia diferente, dependiendo de qué tan resistente o no sea el medio para
su propagación y qué tanta energía transporten.
Algunas ondas, como las sonoras, no
pueden transportarse en el vacío. Requieren, pues, de un medio físico presente.
Otras, como las microondas, pueden hacerlo perfecta y velozmente: es así como
operan los satélites artificiales que reenvían información a la Tierra.
TIPOS DE ONDAS:
Podemos clasificar las ondas de
acuerdo a distintos criterios, tales como son:
Según el medio en que se propagan.
De acuerdo al medio podemos distinguir entre:
Ondas mecánicas. Aquellas que
precisan de un medio elástico (líquido, gaseoso o sólido) y de condiciones
determinadas de temperatura y presión, para propagarse efectivamente. Ejemplo:
las ondas sonoras
.
Ondas electromagnéticas. Aquellas
que no requieren de un medio, pues se pueden perfectamente propagar en el vacío,
ya que se deben a variaciones cíclicas del campo electromagnético de la
materia. Ejemplo: la luz.
Ondas gravitacionales. Recién
confirmadas por la ciencia, son alteraciones del espacio-tiempo en donde reside
la realidad del universo.
Según su periodicidad. Podemos
hablar de ondas periódicas (presenta ciclos repetitivos en su producción) o no
periódicas (sus ciclos son irregulares).
Según su dirección. Podrán ser
unidimensionales (se propagan a través de una sola dimensión del espacio),
bidimensionales (se propagan a través de dos dimensiones y se suelen llamar
también superficiales) y tridimensionales (se propagan en tres dimensiones y
suelen llamarse esféricas).
Según el movimiento del medio.
Pueden ser ondas longitudinales (las partículas del medio se mueven en la misma
dirección en que se propaga la onda) o bien ondas transversales (las partículas
vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda).
Partes
de una onda
Una
onda se compone de las siguientes partes:
Cresta.
El punto máximo en la ondulación, es decir, en la amplitud de onda: el punto
más alejado del reposo que alcanza.
Período.
Representado con la letra T, es el tiempo que demora la onda en ir desde su
cresta hasta la siguiente, o sea, en repetirse.
Amplitud.
Representado con la letra A, mide la distancia vertical entre la cresta y el
punto medio de la onda, a mitad de camino hacia el reposo. Esta medida puede
crecer o decrecer en el tiempo dependiendo del caso.
Frecuencia.
Representado con la letra f, es el número de veces que la onda se repite en una
unidad determinada de tiempo, razón por la cual se calcula según la fórmula f =
1/T.
Valle.
Lo contrario de la cresta: el punto más próximo al reposo de la onda.
Longitud
de onda. Representado por el símbolo λ (lamda), es la distancia entre dos
crestas consecutivas de la ondulación.
Ciclo.
Se llama así a una ondulación completa, de principio a fin.
PROPAGACION DE ONDAS
Como se ha dicho, las ondas suelen necesitar de un medio material para propagarse, aunque algunas lo pueden hacer perfectamente en el vacío. Esto depende de la naturaleza de la onda.
Por
ejemplo, las ondas electromagnéticas no requieren de un medio material para
propagarse, por lo que son una forma de radiación. Esto se debe a que
constituyen alteraciones en los campos eléctricos y magnéticos de las
partículas, y se desplazan a velocidades muy elevadas (la luz, por ejemplo, a
300.000 km/s).
En
cambio, las ondas mecánicas precisan de un medio físico para propagarse, como
puede ser el agua, un metal, el aire de la atmósfera u otros elementos y superficies,
con tal de que sean susceptibles de transmitir una ondulación, como ocurre en
los temblores o en la superficie del agua cuando arrojamos una piedra a un
estanque.
ECUACIÓN DE ONDAS
La
ecuación de onda es una importante ecuación diferencial en derivadas parciales
lineal de segundo orden que describe la propagación de una variedad de ondas,
como las ondas sonoras, las ondas de luz y las ondas en el agua. Es importante
en varios campos como la acústica, el electromagnetismo, la mecánica cuántica y
la dinámica de fluidos. Históricamente, el problema de una cuerda vibrante como
las que están en los instrumentos musicales fue estudiado por Jean le Rond
d'Alembert (1746) por primera vez, Leonhard Euler (1748), Daniel Bernoulli
(1753) y Joseph-Louis Lagrange(1759). Se hallaron soluciones en diversas formas
que ocasionaron discusiones por más de veinticinco años. Las disputas aún se
resolvieron en el siglo XIX.
La
ecuación de onda es el ejemplo prototipo de una ecuación hiperbólica en
derivadas parciales. La ecuación de onda escalar hace referencia a la variación
de una función escalar u = u (x1, x2, x3; t) dependiente del tiempo t y de una
o mas variables espaciales x1, x2, x3. La cantidad u puede ser, por ejemplo,
una variación de presión del medio en el que se propaga la onda; también puede
ser el desplazamiento, respecto a sus posiciones de equilibrio, de las
partículas del gas, líquido o sólido al propagarse la onda. La función u
satisface:
Fenómenos Undulatorios
Todas las clases de ondas estás sujetas a los
mismos fenómenos:
Interferencia: Cuando dos ondas se encuentran, se genera una onda
combinada cuyo desplazamiento en cualquier punto es igual a la suma de los
desplazamientos de las ondas individuales. La interferencia es, entonces, la
suma física de las ondas. Cuando dos pulsaciones de onda de la misma amplitud
se encuentran y están en fase, se interfieren constructivamente. Cuando las
pulsaciones se superponen exactamente, hay interferencia constructiva total.
Cuando las pulsaciones en interferencia tienen amplitudes opuestas y se
superponen exactamente, hay interferencia destructiva total.
Reflexión: Se da cuando la
onda choca contra un objeto, o llega a una frontera con otro medio y se desvía,
al menos en parte, nuevamente al medio original. Si el extremo de la cuerda
está fijo, la pulsación reflejada se invierte. Ello se debe a que la pulsación
hace que la cuerda ejerza una fuerza hacia arriba sobre la pared, y la pared
ejerce una fuerza igual y opuesta sobre la cuerda. La fuerza hacia abajo crea
la pulsación reflejada invertida. Si por el contrario el extremo donde se
produce la reflexión está libre, se genera una pulsación no invertida.
Refracción: En términos más generales, cuando
una onda choca con una frontera, la onda no se refleja totalmente. Más bien,
una parte de la energía de la onda se refleja y una parte se transmite o
absorbe. Cuando una onda cruza una frontera y penetra en otro medio, por lo
general su rapidez cambia porque el nuevo medio tiene distintas
características.
Si la onda transmitida ingresa
oblicuamente (angulada) en el nuevo medio, se moverá en una dirección distinta
de la de la onda incidente. Este fenómeno se denomina refracción.
Difracción: Se refiere a la flexión
de las ondas en torno al borde de un objeto y no está relacionada con la
refracción. En general, los efectos de la difracción sólo son evidentes cuando
el tamaño del objeto o la abertura que difracta es aproximadamente igual o
menor que la longitud de onda.
Dispersión: Proceso por el cual
ondas de distinta frecuencia se separan unas de otras. Aunque la luz no se
dispersa en el vacío, cuando entra en algún medio sus ondas sí se separan. Es
por ello los prismas separan la luz solar para dar un espectro de color.
Principio de Huygens
En el año 1960 el holandés
Christiaan Huygens publica un trabajo titulado Traité de la Lumière. En ese
libro definiría este principio como:
"cada punto de un frente de
onda en propagación sirve como fuente de trenes de ondas esféricas secundarias
de tal modo que, al cabo de cierto tiempo, el frente de onda será la envolvente
de estos trenes de ondas".
Por otro lado, si la onda que se
propaga tiene una frecuencia f, y se trasmite por el medio a na velocidad v,
entonces los trenes de ondas secundarios tendrán la misma velocidad y
frecuencia.
Si el medio es homogéneo, los trenes
de ondas pueden constituirse con radios finitos, mientras que si no lo es,
tendrán radios infinitesimales. La figura siguiente contribuye a esclarecer
todos estos conceptos: en ella se muestra un plano del frente de onda S, así como una serie de trenes de ondas
esféricas secundarias, que, después de un tiempo t, se han propagado hasta un
radio de vt. Se dice entonces que la envolvente de todos los trenes de ondas
corresponden a la avanzada S´ . Es fácil visualizar este proceso desde el punto
de vista de vibraciones mecánicas de un medio elástico. En efecto, es así como
Huygens lo visualizó dentro del contexto de éter que todo lo invade, tal y como
se desprende de este comentario hecho por el mismo:
Al estudiar la dispersión de estas
ondas, hemos de considerar aún que toda partícula de materia por la cual avanza
la onda, no solamente comunica su movimiento a la partícula siguiente, la cual
está en línea recta trazada desde el punto luminoso, sino que también confiere
necesariamente movimiento a todas las otras que la tocan y que oponen a su
movimiento. El resultado es que , alrededor de la partícula, aparece una onda
en cuyo centro está la partícula.
Principio de superposición:
Si en una región del espacio existe
más de un cuerpo cargado, al colocar en dicha región una nueva carga de
prueba , la intensidad de la fuerza
electrostática a la que esta carga se verá sometida será igual a la suma de la
intensidad de las fuerzas que ejercerían de forma independiente sobre ella cada
una de las cargas existentes.
Expresado de forma matemática para
un sistema de n cargas:
EJERCICIOS :
Dos cargas, Q1 = 9 μC y Q2 = -4 μC
están separadas entre sí por una distancia de 2 m.
Encuentra la posición respecto a Q1
a la que debe colocarse una tercera carga Q3 de 1 μC para que la fuerza
ejercida sobre esta última sea nula.
Para que la fuerza neta sobre la
carga Q3 se anule, es necesario colocarla tal y como se indica en la figura del
enunciado, ya que es la única forma en la que la fuerza repulsiva con Q1 y la
atractiva con Q2 se compensen entre sí. Lo que hay que encontrar es la
distancia a la que esto ocurre:
De tal forma que resulta:
Ecuación de segundo grado cuyas
soluciones son y .
Dado que la segunda solución es
imposible, pues ambas fuerzas no podrían nunca anularse, la posición pedida es
colocar la carga Q3 a una distancia de 6 m de Q1 y a 4 m de Q2
EL SONIDO
Cuando hablamos de sonido, nos
referimos a la propagación de las ondas mecánicas originadas por la vibración
de un cuerpo a través de un fluido o un medio elástico. Dichas ondas pueden o
no ser percibidas por los seres vivos, de acuerdo a las características de las
ondas transmitidas, y a la afectación que sobre ellas ejerce el medio por el
cual se transmiten.
Existen sonidos audibles por el oído
humano y otros que sólo perciben ciertas especies de animales. En cualquier
caso, se componen de ondas acústicas debidas a la oscilación de la presión del
aire, que son percibidas por el oído y transmitidas al cerebro para ser
interpretadas. En el caso del ser humano, este proceso es esencial para la
comunicación hablada.
El sonido puede propagarse también
en otros elementos y sustancias, líquidos, sólidos o gaseosos, pero a menudo
sufriendo ciertas modificaciones. En cualquier caso se trata de un transporte
de energía sin transporte de materia, y al contrario de las ondas
electromagnéticas de la luz o la radiación, no puede propagarse en el vacío.
Estos fenómenos son estudiados por
la acústica, una rama de la física y de la ingeniería que busca entender lo más
posible la ciencia del sonido. También es de sumo interés para la fonética,
rama de la lingüística especializada en la comunicación oral de los seres
humanos en sus distintos idiomas.
El sonido es el resultado de una
perturbación que se propaga en un medio elástico. Por ejemplo cuando en alguna
región del aire se produce una perturbación de presión, por ejemplo en la forma
de una compresión, dicha región tiende a expandirse hacia las regiones vecinas.
Esto produce a su vez una compresión en dichas regiones, que volverán a
expandirse creando una compresión más lejos todavía. Este proceso se desarrolla
en forma continua haciendo que la perturbación original se propague a través
del aire alcanzando en algún momento la posición que ocupa algún receptor (por
ejemplo un micrófono o un oído). El exceso de presión característico de la
perturbación descripta se denomina presión sonora.
Este tipo de movimiento en el cual
no es el medio en si mismo sino alguna perturbación lo que se desplaza se
denomina onda. Existen muchos otros tipos de ondas, tales como las ondas de
radio, la luz, la radiación del calor, las ondas sobre la superficie de un
lago, los tsunamis, los movimientos sísmicos, etc. Cuando la onda tiene lugar
en un medio líquido o gaseoso se denomina onda acústica. Cuando resulta
audible, se llama onda sonora.
Una cuestión importante relativa a
las ondas es que en las mismas hay algunas características o cualidades que se
mantienen prácticamente constantes a lo largo del camino de propagación de las
mismas. Entre estas características se encuentra la forma de onda y la energía
total (siempre y cuando el medio sea no disipativo).
Las ondas acústicas viajan
habitualmente a velocidad constante, que depende del medio y de las condiciones
ambientales tales como la temperatura. A temperatura ambiente la velocidad del
sonido en el aire es
c = 345 m/s .
Esto significa que para recorrer una
distancia de 345 m el sonido demora 1 s. En el agua el sonido viaja más de 4
veces más rápido que en el aire. Cuando hay gradientes de temperatura
(variaciones de temperatura entre dos zonas), tal como sucede entre puntos
distantes algunos cientos de metros, o que se encuentran a diferentes alturas,
el camino que sigue el sonido es curvilíneo en lugar de recto. Esta es la razón
por la cual nuestra percepción se confunde al intentar determinar auditivamente
por dónde está pasando un avión.
El sonido se produce cuando un
cuerpo vibra rápidamente, y transmite dichas vibraciones al medio circundante
en forma de ondas sonoras. Éstas se desplazan expansivamente, a una velocidad
promedio (en aire) de 331,5 m/s, y pueden reverberar (“rebotar”) en distintos
tipos de superficies, logrando distintos efectos de eco o de distorsión, que a
menudo magnifican su potencia (como en las cajas de resonancia o los
parlantes).
Sea cual sea su origen, el sonido
presenta las siguientes características físicas:
Frecuencia (f): el número de
vibraciones completas por segundo que efectúa la fuente del sonido y que se
transmite en las ondas. Un sonido audible por los seres humanos tendrá una
frecuencia de entre 20 y 20.000 Hz. Por encima de ese rango será un ultrasonido
perceptible a lo sumo por algunos animales.
Amplitud: Se relaciona con el
volumen y la intensidad (potencia acústica), y tiene que ver con la cantidad de
energía transmitida en las ondas.
Longitud de onda (λ): La distancia
que recorre una onda en un período determinado de tiempo, es decir, el tamaño
de la onda.
Potencia acústica (W): Es la
cantidad de energía emitida en las ondas por unidad de tiempo determinada. Se
mide en vatios y depende directamente de la amplitud de onda.
Espectro de frecuencia: La
distribución de la energía acústica en las diversas ondas que componen el
sonido.
EFECTO DOPPLER
Todos hemos sido testigos del cambio
de altura de un sonido cuando la fuente que lo emite se acerca o se aleja: el
motor de un carro, el pito de una
locomotora, el paso de un avión en vuelo bajo, entre otros ejemplos. Cuando el
origen de las ondas se desplaza en un sentido causa que el ancho de banda de la
onda se acorte en la dirección hacia adonde se esta moviendo y se alargue en el
sentido contrario. De esta manera el tono del sonido cambia haciéndose mas alto
en la dirección hacia donde el origen de la onda se acerca y de tono bajo hacia
adonde se aleja
Observador fijo y foco en movimiento
En este caso, la longitud de onda
que percibe el observador se hace más pequeña que la emitida por el foco. Los
frentes de ondas se comprimen por el espacio que recorre el foco. La longitud
de onda percibida es:
Observador en movimiento con foco
fijo
En el caso de que el foco se
encuentre fijo y el observador sea el que se mueve, lo que varía no es la
longitud de onda, sino la rapidez con la que ella se percibe.
Observador y foco en movimiento
En este caso, da como resultado una
variación de la longitud de la onda y una variación de la frecuencia. La
expresión que proporciona el valor de la frecuencia percibida es una
combinación de las dos anteriores.
EJERCICIO:
Una ambulancia emite un sonido a 550
Hz. Determina la frecuencia que percibe un observador:
Cuando el observador está en reposo
y la ambulancia se aproxima a 25 m/s
Cuando el observador se aleja a 15
m/s de la ambulancia, que ha quedado en reposo
Cuando el observador se acerca a la
ambulancia a 10 m/s, teniendo en cuenta que esta se mueve a 20 m/s hacia el
observador
Dato: Velocidad del sonido en el
aire 340 m/s
Solución
Datos
Velocidad del foco vF y del receptor
vR variable en cada apartado:
En el primero: vF = 25 m/s ; vR =
0 m/s
En el segundo: vF = 0 m/s ; vR =
15 m/s
En el segundo: vF = 10 m/s ; vR =
20 m/s
Velocidad del sonido en el aire: v =
340 m/s
Resolución
En cualquiera de los casos,
procederemos aplicando la expresión general del efecto Doppler y usando los
signos + ó - según corresponda, tal y como vimos en el apartado
correspondiente.
𝑓'=𝑓·𝑣±𝑣𝑅𝑣∓𝑣𝐹
Caso I
Dado que el emisor se aproxima,
sabemos que f' deberá aumentar, y para ello debemos usar un - en el denominador
(una razón a/b aumenta cuando disminuye su denominador):
𝑓'=𝑓·𝑣±𝑣𝑅𝑣∓𝑣𝐹=550·340340−25=593.6 𝐻𝑧
Caso II
Dado que el receptor se aleja, f'
deberá disminuir, y para ello debemos usar un - en el numerador (una razón a/b
disminuye cuando disminuye su numereador):
𝑓'=𝑓·𝑣±𝑣𝑅𝑣∓𝑣𝐹=550·340−15340=525.7 𝐻𝑧
Caso III
𝑓'=𝑓·𝑣±𝑣𝑅𝑣∓𝑣𝐹=550·340+10340−20=601.5 𝐻𝑧
La teoría de cuerdas
La teoría de cuerdas pretende
convertirse en la gran teoría del todo.
Es una de las teorías que ofrece
mayores expectativas de unificar las cuatro grandes fuerzas de la Naturaleza:
electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y gravedad. Lo
que equivale a unificar física cuántica y relatividad. Retoma la tarea que
Einstein dejó inacabada.
La teoría de cuerdas surgió a
finales de los 60. Era una teoría extravagante, que sólo llamó la atención de
unos pocos y nunca se tomó en serio. Pero desde mediados de los 80 hasta hoy,
se ha hecho cada vez más popular.
El modelo estándar, que domina la
física actual, sigue planteando muchos interrogantes y algunas contradicciones.
La teoría de cuerdas parece dar respuestas. El problema es que, con los medios
de que disponemos, es imposible de comprobar. Esto hace que muchos científicos
la rechacen, por considerarla una teoría filosófica más que física. En el mundo
científico, tiene tantos defensores como detractores.
Existen diversas teorías sobre la
naturaleza y funcionamiento del Cosmos. Pero todas suponen que las partes más
pequeñas e indivisibles de la materia son pequeñas bolitas que se combinan para
formar todo lo que existe. Como un juego infantil de bloques de construcción.
Son las partículas elementales, los electrones y los quarks.
La teoría de cuerdas rompe con esta
idea. Presupone que las partes más pequeñas son filamentos de energía. Una
especie de cuerdas que vibran. Cada tipo de vibración produce un tipo u otro de
partícula, con cualidades distintas, igual que las vibraciones de las cuerdas
de un violín producen distintas notas.
Las cuerdas serían muchísimo más
pequeñas que un quark, por eso no podemos verlas. Aunque sí pueden deducirse
matemáticamente.
La teoría de cuerdas tiene distintas
versiones. Una de ellas, la teoría M, cree que una especial vibración de
cuerdas daría lugar a una partícula llamada gravitón, que sería la responsable
de la gravedad. De esta forma unificaría la gravedad, algo que hasta ahora no
ha logrado el modelo estándar.
Las cuerdas más grandes formarían
una especie de membranas circulares o branas. Cada membrana sería un universo.
El choque entre dos branas produciría un nuevo Big Bang y un nuevo universo. El
nuestro sería sólo uno entre muchos. No habría comienzo ni final, sino ciclos
entre un big bang y el siguiente.
Ejercicios
TUBOS SONOROS
Los tubos sonoros aquellos que
contienen una columna gaseosa (columna de aire) capaz de producir sonido. El
cuerpo sonoro es la columna gaseosa, y no el tubo que la contiene; en efecto,
éste tiene la importante función de definir la forma de aquella pero fuera de
esto, influye relativamente poco sobre los fenómenos sonoros. Los tubos sonoros
pueden ser cerrados, es decir, que poseen una sola abertura y tubos abiertos,
que poseen dos o más.
TUBOS CERRADOS
TUBOS ABIERTOS
VIBRACION EN LAS COLUMNAS DE AIRE
CONTENIDA EN UN TUBO
Las columnas de aire contenidas en
los tubos sonoros se comportan, desde ciertos puntos de vista, como cuerdas
musicales, por lo tanto las columnas de aire vibrantes poseen nodos, o sea
puntos donde la vibración es nula, y vientres, equidistantes de los anteriores,
donde la vibración alcanza su máxima amplitud.
La vibración de las columnas de aire
es longitudinal; los nodos serán por tanto, puntos de condensación y los
vientres puntos de dilatación o rarefacción; en los extremos cerrados siempre
se producen nodos y en los extremos abiertos generalmente se producen vientres.
TUBOS CERRADOS
TUBOS ABIERTOS
El punto de excitación no puede ser
un nodo, pero no necesita ser un vientre, pudiendo estar en un punto
intermedio. No es necesario que las aberturas de un tubo coincidan con los
extremos, pudiendo éstos estar cerrados y haber una o más aberturas en otras
partes del tubo (la gaita).
Una columna de aire puede vibrar con
toda su longitud o dividida en segmentos iguales lo mismo que las cuerdas; en
el primer caso se obtiene el sonido llamado fundamental, y en los otros los
armónicos: segundo, si la columna vibra dividida en mitades; tercero, si vibra
en tercios, etc.
Tomando como punto de partida el que
en los extremos de un tubo abierto, sólo pueden haber vientres de vibración, el
tubo producirá su fundamental cuando vibre con un nodo único en su centro.
Cuando el tubo produce su segundo armónico, producirá dos nodos y tres
vientres; cuando produce su tercer amónico, producirá tres nodos y 4 vientres,
y así sucesivamente.
FORMULAS Y LEYES
Para tubo abierto: (Vibra con
amplitud maxima)
Fn: n/2.L*V
Fn= Frecuencia fundamental (Hz)
n= N° de Nodos
L= Longitud (m)
V= Velocidad (V)
Para tubos cerrados: (Vibra con
amplitud 0)
Fn: (2n+1)/4.L*V
Fn= Frecuencia fundamental (Hz)
n= N° de Nodos
L= Longitud (m)
V= Velocidad (V)
Las fórmulas obtenidas explican las
denominadas leyes de Bernoulli:
La frecuencia del sonido en un tubo
es:
Directamente proporcional a la
velocidad del sonido vs en el gas que contiene el tubo
Inversamente proporcional a la
longitud del tubo L
En un tubo abierto, se puede
producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental (n=1) y sus
armónicos (n=2, 3, 4, ..)
En un tubo cerrado, se puede
producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental y los armónicos
impares (2n+1=3, 5, 7, ...).
En dos tubos idénticos y con el
mismo gas, uno abierto y otro cerrado, el abierto produce un sonido cuya
frecuencia (fundamental) es el doble que la del cerrado.
OPTICAS
Comportamiento y efectos de la luz:
Cuando la energía luminosa incide en
la superficie de un material pueden darse varios efectos: transmisión,
absorción, reflexión, refracción, difusión, difracción, interferencia y polarización
y dispersión. Y estos fenómenos son los que manejan los lentes fotográficos
para hacer imágenes mas nítidas y generalmente no se dan en estado puro, sino
combinados entre sí.
Transmisión: Es el paso de la luz a
través de sustancias no opacas, puede ser:
Directa, a través de un material transparente,
agua, aire, vidrio.
Difusa, a través de un material
plástico, o acrílico.
Filtrada, puede ser directa o
difusa, se produce al atravesar materiales transparentes o translúcidos de color,
como un filtro, donde pasan ciertas o algunas longitud de onda y otras no
porque son absorbidas
Absorción: Cuando un rayo de luz cae
en la superficie de un objeto la luz es absorbida por el cuerpo ocasionando un
cambio en la longitud de onda convirtiéndola en calor, como es el caso de los
objetos negros (oscuros).
Rama de la física que se ocupa de la
propagación y el comportamiento de la luz. En un sentido amplio, la luz es la
zona del espectro de radiación electromagnética que se extiende desde los rayos
X hasta las microondas, e incluye la energía radiante que produce la sensación
de visión. El estudio de la óptica se divide en dos ramas, la óptica geométrica
y la óptica física.
Naturaleza de la luz:
La energía radiante tiene una
naturaleza dual, y obedece a leyes que pueden explicarse a partir de una
corriente de partículas o paquetes de energía, los llamados fotones, o a partir
de un tren de ondas transversales (Movimiento Undulatorio). El concepto de
fotón se emplea para explicar las interacciones de la luz con la materia que
producen un cambio en la forma de energía, como ocurre con el efecto
fotoeléctrico o la luminiscencia. El concepto de onda suele emplearse para
explicar la propagación de la luz y algunos de los fenómenos de formación de
imágenes. En las ondas de luz, como en todas las ondas electromagnéticas,
existen campos eléctricos y magnéticos en cada punto del espacio, que fluctúan
con rapidez. Como estos campos tienen, además de una magnitud,una dirección
determinada, son cantidades vectoriales. Los campos eléctrico y magnético son
perpendiculares entre sí y también perpendiculares a la dirección de propagación
de la onda. La onda luminosa más sencilla es una onda senoidal pura, llamada
así porque una gráfica de la intensidad del campo eléctrico o magnético trazada
en cualquier momento a lo largo de la dirección de propagación sería la gráfica
de un seno.
La luz visible es sólo una pequeña
parte del espectro electromagnético. En el espectro visible, las diferencias en
longitud de onda se manifiestan como diferencias de color. El rango visible va
desde, aproximadamente, 350 nm (nanómetros) el violeta hasta unos 760 nm el
rojo, (1 mm = 1.000.000 nanómetros). La luz blanca es una mezcla de todas las
longitudes de onda visibles.
La velocidad de la luz: en las
sustancias materiales es menor que en el vacío, y varía para las distintas
longitudes de onda; este efecto se denomina dispersión. La relación entre la
velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de una longitud de onda
determinada en una sustancia se conoce como índice de refracción de la
sustancia para dicha longitud de onda. El índice de refracción del aire es
1,00029 y apenas varía con la longitud de onda. En la mayoría de las
aplicaciones resulta suficientemente preciso considerar que es igual a 1.
Las leyes de reflexión y refracción: de la luz suelen deducirse empleando la teoría Undulatoria de la luz
introducida. El principio de Huygens afirma que todo punto en un frente de
ondas inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas secundarias
que se extienden en todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y
longitud de onda que el frente de ondas del que proceden. Con ello puede
definirse un nuevo frente de onda que envuelve las ondas secundarias. Como la
luz avanza en ángulo recto a este frente de ondas, el principio de Huygens
puede emplearse para deducir los cambios de dirección de la luz.
Cuando las ondas secundarias llegan
a otro medio u objeto, cada punto del límite entre los medios se convierte en
una fuente de dos conjuntos de ondas. El conjunto reflejado vuelve al primer
medio, y el conjunto refractado entra en el segundo medio. El comportamiento de
los rayos reflejados y refractados puede explicarse por el principio de
Huygens. Es más sencillo, y a veces suficiente, representar la propagación de
la luz mediante rayos en vez de ondas. El rayo es la línea de avance, o
dirección de propagación, de la energía radiante. En la óptica geométrica se
prescinde de la teoría Undulatoria de la luz y se supone que la luz no se
difracta. La trayectoria de los rayos a través de un sistema óptico se
determina aplicando las leyes de reflexión y refracción.
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