ACUSTICA

 

Rama de la física   que estudia de manera particular  las ondas sonoras  esta tiene un carácter multidisciplinario que comienza con la física(generación y propagación de las ondas sonoras)

las  ondas sonoras son un tipo de  onda mecánica que necesita un medio para su propagación. Esta onda  mecánica es generada por el movimiento de un objeto  lo que provoca la comprensión  y descomprensión casi simultanea del medio que lo rodea.

 

VELOCIDAD DE PROPAGACION DE LAS ONDAS SONORAS

Las ondas sonoras necesitan de un medio material para propagarse de manera tridimensional. La velocidad con que lo  hace depende del medio y lo cercanas que están  entre si  las partículas que lo componen.

la velocidad de propagación de las ondas sonoras en el aire oscila entre 330 y 350 m/s . En   un mental  como  el acero cambia a 6000 m/s.

 

PROPIEDADAES DE LAS OJMDAS SONORAS

 

Refracción: Al cambiar de velocidad cuando pasan de un medio a otro. Las ondas sonoras también cambian de dirección no obstante esta propiedad no solo se pone de maneras manifiesto cuando pasan de un medio a otro sino también en un medio para esto debe haber un cambio de temperatura.

 

Reflexión: Las ondas sonora rebota al encontrar un objeto que el impide el  paso El ángulo en que incide sobre la superficie es igual  al ángulo en el que rebota(ángulo de reflexión).

 

Resonancia: Como se menciono en temas anteriores, esta consiste en la vibración que un objeto presente por la inducción de otro cercano a el.

 

Efecto Doppler: Cuando vamos en un automóvil  y escuchamos la sirena   de un cambio  de bomberos, volteamos  a buscarlo y nos damos cuenta de que mientras mas cerca el sonido aumenta en frecuencia y en intensidad  hasta que pasa exactamente a nuestro lado,  por lo que nos tapamos los oídos; luego a medida que se aleja el sonido vuelve a disminuir.

 

TIPOS DE SONIDO

 

Infra sónicos:  son aquellos sonidos que no pueden ser percibidos por los humanos

 

sónicos:  son todos los sonidos que si somos capaces de escuchar.

 

Ultrasónicos: son todos los sonidos generados por ondas superiores a los 20,000 Hz el limite superior  de la velocidad del sonido.

 

CARACTERISTICAS DE L SONIDO

 

 

Intensidad: corresponde a la energía que transmite una onda.

 

Tono: depende de la frecuencia en la que vibra la onda.

 

Timbre: también llamado por los músicos el color del sonido esta característica  nos permite diferenciar entre 2 sonidos  de igual tono e intensidad.

 

CONTAMINACION ACUSTICA

 

Cuando el  sonido se convierte en ruido y provoca molestias  en algunos casos puede  causar daño  físico o mental. Los efectos que produce el ruido sobre el ser humano están  en función de la intensidad, frecuencia y el tiempo de exposición.

 

 

 ONDAS MECANICAS

Las ondas son una forma en que la energía específicamente la mecánica puede transmitirse otra forma de trasmitir energía es por medio de vibraciones. las vibraciones las oscilares o bien las olas se generan en un medio y en el mismo medio se transmiten  a este tipo de ondas se les llama mecánicas .
 una onda mecánica es como  aquella perturbación sobre un medio que es propagada  o transmitida por el mismo medio sin transportar materia el medio que s perturbado   puede ser aire, agua, algún material solido para transmitir energía las moleculas del medio tan solo se transfieren  la energía chocando unas con ortas permitiendo su propagación
clasificación:
existen 2 maneras en que se propaga la perturbación  por lo que las ondas se dividen  en longitudiales y transversales
ondas longitudinales:  son aquellas cuya dirección en que se origino el movimiento tiene el mismo  sentido que su origen  es decir corre de forma paralela al origen de la perturbación.

ondas transversales: las oscilaciones y la  transmisión de la perturbación  se da de forma perpendicular al origen de la propagación

Las ondas se clasifican también de acuerdo con sus características:
unidimensionales: se propagan a lo largo de una línea recta
bidimensionales:  se propagan en un plano definido
tridimensionales: pueden propagarse por todo  el espacio tal como la lyz o el sonido
pulso: se generan cuando la perturbación aparece de forma instantánea
tren de onda: aquí  las perturbaciones se dan de manera continua

Características de las ondas mecánicas:
Longitud  de onda:  distancia entre dos puntos consecutivos de la perturbación o la distancia que recorre  la onda  en un periodo T

Frecuencia: se define por el numero  de oscilaciones o cilclos por segundo que tiene una onda
                                        v
                                 f= -----
                                        x

periodo(T) es el intervalo de tiempo entre dos puntos equivalentes de la onda  es decir en ciclo completo de la onda
                                           1
                                   T= ------
                                            f

Velocidad: considerada como el desplazamiento de la onda
                                                   x
                                          v= -------
                                                   T
                                                    1
                                          T= -------
                                                    f
                                                     x
                                            V= ------- = x  . f
                                                      T

PROPIEDADES DE LAS ONDAS MECANICAS

-Reflexión: se manifiestan cuando una onda rebota  contra un objeto que se interpone en su camino como un muro. cuando la onda choca contra el muro rebota en el mismo Angulo en el  que incide.

-Refracción: esta  propiedad aparece cuando la onda mecánica  pasa de un medio a otro ya sea de mayor a menor densidad, lo que provoca un cambio de dirección y velocidad. cuando una onda pasa en un medio mas denso la velocidad de propagación aumenta pero si el medio al que pasa es menos denso disminuye su velocidad.

-Difracción: esta propiedad se presenta cuando un objeto se interpone en la trayectoria de una onda y esta trata de pasar rodeándolo, brincándolo  o atravesando alguna rendija o espacio abierto.
Interferencia: cuando 2 ondas diferentes concurren, coinciden  en un mismo punto de su trayectoria se presenta esta propiedad las ondas pueden tener 3 tipos de interferencia  dependiendo del grado que sea:

Constructiva: ocurre cuando las ondas  se alcanzan y se forma una onda mas grande ya que la energía de ambas se suma en un punto en común.

Destructiva: Ocurre cuando la onda resultante es de menor intensidad. Esta propiedad  se aprecia fácilmente cuando 2 ondas chocan de frente aunque las 2 sigan su camino su trayectoria y su velocidad serán menores a partir del punto de choque.

- Resonancia:  esta propiedad es de las  mas interesantes  y la vez mas complejas. Se presenta cuando una onda es adsorbida por objeto y este comienza a vibrar  con la misma energía y frecuencia que la onda.

REFRACCION

Al pasar de un medio a otro la luz presenta un cambio en su velocidad. La dirección del haz de luz cambia. La nueva dirección del haz de luz esta dada  por las leyes de refracción
a)El rayo incide el rayo refracto y la normal están en el mismo plano.
b) El ángulo de incidencia y el de refracción están relacionados por la expresión:
                                             
                                            n1 .  sen 1  = n2 . sen r
donde n1 es el índice de refracción   del orimer medio y n2  del segundo
i es el angulo de incidencia y r el angulo de refracción

 cuando la luz pasa de un medio de menor índice de refracción a otro de mayor índice el haz desviado se alejara de lo normal

    sen i         n1            v
---------- = ------- = --------
  sen r           n             v;

FORMACION DE IMAGENES MEDIANTE LENTES DELGADAS

 La formación de imágenes por medio de lentes equivale a trazar líneas que representan los rayos de luz que parten del objeto.  cuando los rayos que provienen  del objeto  se intersecan es decir se obtienen de lentes convergentes esta intersección  representa a la imagen del objeto.

LA ECUACION DE LAS LENTES Y EL AUMENTO

1        1        1

-------- +-------+------

p           Q          F

Donde p es la distancia al objeto q es la distancia a la imagen y f la distancia f

ESPEJOS PLANOS   

Cuando la superficie sobre la que incide la luz esta muy bien pulida se le llama espejo existen espejos planos y curvos estos reflejen imágenes  otra característica es reflejan imágenes invertidas

 

LENTES

Lentes convergentes la luz se refracta y se junta o converge en un punto focal es decir este tipo de lentes consiguen desviar los rayos de luz concentrándolos en un punto delante de la lente
El otro tipo de lente son las divergentes los bordes tallados de esta son mas gruesos que el centro la lente aal dejar pasar la luz se dispersa a partir de un punto llamado foco situado antes de ella.

REFLEXION DE LA LUZ

Cuando a una persona  esta parada frente a un espejo observa una imagen parecida a la suya asi como los objetos a su alrededor a este fenómeno se le conoce como reflexión  la luz  rebota al tocar la superficie  y regresa al medio original 

leyes de la reflexión:

1.- El rayo incidente el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano

2.- El Angulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión: i=r.

 al tipo de reflexión que proviene de una superficie lisa y pulida es conocida como reflexión regular solo una parte de la luz se refleja   de esta manera ya que de otra manera la superficie no podría ser vista y lo que único que se observaría serian los objetos alrededor.

otro tipo de reflexión es la difusa que nos permite ver la superficie. esta se da superficies asperas y rigurosas lo que provocan que la luz de disperse y que la superficie quede luminosa 

 

OPTICA

Es al rama de la física que estudia los fenómenos  relacionados con la luz se divide en óptica geométrica y óptica física. El ser humano puede ver de dos formas que ya mencionamos con anterioridad cuando el objeto es la fuente como un foco y cuando el objeto solo refleja la luz. cuando la luz entra en contacto con una superficie reflejante como un espejo plano que es opaco una parte es reflejada y otra es absorbida pero si es un cuerpo transparente como el agua o el vidrio la luz pasa a través de el.

DISPERCION DE LA LUZ

Al atravesar la luz blanca un medio transparente el haz de luz que aparece al final es una serie de colores perfectamente definidos esto se puede explicar debido a que la luz al ser policromatica(mezcla de colores) y pasar a través de un medio diferente al aire se va frenando lo que hace que se separe cada color de acuerdo a su frecuencia apareciendo así la parte del espectro electromagnético que llamamos  visible

ABSORCION Y EMISION DE LUZ
Los cuerpos que emiten luz de manera natural se le llama cuerpos luminosos:  el sol es un objeto luminoso. Los cuerpos que reflejan la luz que reciben de otros cuerpos luminosos se llama cuerpos iluminados: los planetas son iluminados porque reflejan la luz del sol.
esto debe a que cuando la luz interactúa con la estructura eléctrica o cristalina de alguna  materia los fotones de una fuente externa crea  varios fenómenos ópticos si lo fotones incidentales interactúan con los electrones externos del núcleo del átomo ceden energía el material emite electrones de idéntica energía  de manera análoga  a lo que pasa  en la reflexión
La parte de la luz a que no se refleja por el  material es absorbida a través del mismo material lo que absorbe de la luz tiene relación con el espesor de material  y la forma en que los fotones interactúan  con su estructura
Era posible ver los objetos gracias  ala luz que absorbe y emite los materiales de los que están hechos. El color dependerá enteramente de las  frecuencias absorbidas y emitidas  un material tiene un color característico debido a que absorbe todas las frecuencias luminosas  y emite una o algunas en particular gracias a esto es que  el  ojo humano percibe los colores

INDICE DE REFRACCION Y ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
 La refracción de la luz  es el cambio de dirección  que experimentan  los rayos luminosos al pasar de un medio a otro  en que se propagan  con distinta velocidad  a esta ley se le conoce  también como ley de Snell que puede calcularse con el cociente de las velocidades:
        sen i                    v1
n=-----------    =     ----------
        sen r                   v2

donde  n= índice de refracción (adimensional)
i= angulo de incidencia
r=  angulo de refracción
v1=  velocidad de la luz en el primer medio  en km/seg
v2= velocidad de la luz en el segundo medio en km/seg

Isaac Newton descubrió que la luz blanca es una mezcla de colores. Si un haz de luz  blanca atraviesa un medio dispersor los colores se separan debido a que tienen diferentes índices de refracción la luz que mas se refracta es la violeta la que menos es el rojo así podemos decir que las ondas electromagnéticas son una forma de transporte de energía. La radiación electromagnética se encuentra ordenada de acuerdo con la frecuencia y la longitud de onda por lo que va  desde los rayos gamma hasta las ondas de radio el espectro electromagnético se representa de manera esquemática
 

CARACTERISTICAS DE LAS ONDAS DEL ESPECTRO ELCTROMAGNETICO
 -Rayos gamma: son una forma de radiación electromagnética con energía elevadamente  elevada  tienen una longitud de onda mas corta que la luz visible por lo que  se encuentra en el extremo mas elevado del campo del campo electromagnético tiene une longitud de onda de aproximadamente 100x10 -12m  o menores este tipo de onda  electromagnética oscila en una frecuencia de 10  a la 18 hz o mayor
-Rayos x:  es una radiación invisible capaz de atravesar cuerpos opacos  e imprimir las películas fotográficas su longitud  de onda esta entre 10 a o,1 nanómetros(nm) con una frecuencia en el rango  de 30 a 3000 PHz
 -Rayos ultravioleta o rayos uv:  son aquellos que solo tiene longitud de onda entre 190y 400nm
-Luz visible: esta formada por ondas con una longitud que va desde los 780nm de la luz roja a los 380nm de la luz violeta cada longitud de onda corresponde a un color diferente
-Rayos infrarojos:  es el qu esta debajo  del rojo  va desde 0.7 hasta 1000pm tiene una longitud  de onda superior a al de la luz visible pero mas corta que la de las microondas.
-microondas tienen un rango  de frecuencia entre 300MHz y 300GHz y longitudes entre 1cm y 100m
- Ondas de radio: tienen longitudes que van  de tan solo unos milímetros hasta cientos de kilómetros y oscilan en un rango de frecuencias entre unos cuantos kiloHertz  (KHz) y varios TeraHertz.

TEORIA DE PLANCK Y EINSTEIN
Cuando Maxwell descubrió que la luz es una onda electromagnética, muchos fenómenos fueron descubiertos  pues esto implicaba que la luz al  interactuar con la materia no solamente se reflejaba rebota o se difractaba.
Max Planck estudiaba la radiación del cuerpo  negro cuando llego a la conclusión de que la emisión de energía de ese cuerpo no se presentaba de manera continua, si no en paquetes de energía denominados  cuantos  es decir el cuerpo negro en lugar de emitir energía continuamente  lo hacia por periodos  de energía comprimida.
Esto llevo  a Albert Einstein a explicar la expulsión de corpúsculos luminosos del atommo llamados fotones  debido a un exeso de energía en este. Explico que la particula tiene energía y momento pero que carece de masa en reposo, por lo que la energía que genera tiene una intensidad que varia de manera proporcional a la cantidad de fotones
Ecuación:
E=h.v
E es la energía de un fotón en julios(J)
 h es la contante de plack =6.626x10 -34 j.s
v es la  frecuencia
La energía emitida por un fotón es directamente proporcional a su frecuencia

NATURALEZA DE LA LUZ

La luz sostiene toda fuente de vida en la tierra, sin ella no se podría vivir.

Las fuentes luminosas se dividen en 2: si la fuente genera luz propia, te sea natural o artificial se le llama luminosa en cambio si lo que hace es reflejarla, se le llama opaca.

el nombre a investigado de que se compone la luz. Demócrito planteaba que podríamos ver debido a que lo objetos emitía imágenes de si esencia que llegaban a nuestros ojos. Pitágoras suponía que de nuestros ojos salían rayos como tentáculos que se apoderaban de las imágenes de los objetos.  los estudios comenzaron con Willebrod Snel Vanroyen(1580-1626) quien descubrió la ley de la reflexión y Rene Descartes  81596-1660) quien descubrió la ley de  refracción. 

 

 

Isaac Newton propuso que la luz estaba compuesta por pequeñísimas partículas estimadas por todos los objetos llamados corpúsculos de esta manera no explicaba la reflexión  teoría de la luz de Newton como sigue:

Características:

La luz esta formada por partículas materiales  de mas a pequeña y con gran velocidad

La propagación de la luz se lleva acabo en línea recta

La  naturaleza del color es debido a partículas con distinta masa

la luz no produce interferencia ni distracción

La velocidad de la luz siempre será  mayor en medios mas densos

Desventajas:

No explica el fenómeno de la refracción

No explica como pueden  cruzarse los rayos de la luz y evitar los choque entre partículas.

Newton  acepto que su teoría tenia limitaciones y que la  de Huygens explicaba propiedades y fenómenos de la luz que su teoría no lo hacia.

Teoría de  Huygens Características

Ventajas:

La luz se propaga comportándose como una onda mecánica longitudinal

Los colores tiene su origen en las diferentes frecuencias que pueden tomar la luz

La luz experimenta los  fenómenos de interferencia y distracción

Su velocidad  será siempre menor  en medios mas densos.

Desventajas:

Al ser una onda mecánica, necesita de un medio material para poder propagarse en el espacio. a este medio  teórico ideal le llamo éter.

las ideas de Huygens, J.C. Maxwell dio a conocer la teoría electromagnética de la luz, sostenía que la luz se movía en forma de ondas electromagnéticas a una velocidad  muy cercana a los 300,000,000m/s.

su gran merito en  la ciencia consistió en que obtuvo este dato al reunir las teorías eléctrica y magnética de este modo Maxwell comprobó que su teoría era correcta, ya que las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio para propagarse.

 

 

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE TLAXCALA

PLANTEL 15

GRUPO  611

 

TEMAS SELECTOS DE FISICA II

BLOQUE III

NATURALEZA DE LA MECANICA ONDULATORIA

ROSENDO

 

ALONDRA LEON RIVERA