Libro Ondas

ONDAS MECÁNICAS

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METAS DE APRENDIZAJE
Al estudiar este capítulo, usted aprenderá:

Después de un terremoto, las noticias del suceso viajan por la masa del planeta en forma de ondas sísmicas. ¿Qué aspectos de una onda sísmica determinan la magnitud de la potencia que transporta la onda?

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• Qué se entiende por onda mecánica y cuáles son las diferentes variedades de éstas. • Cómoutilizar la relación entre rapidez, frecuencia y longitud de onda para una onda periódica. • Cómo interpretar y utilizar la expresión matemática para una onda periódica senoidal. • Cómo calcular la rapidez de las ondas en una cuerda.

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os rizos en un estanque, los sonidos musicales, los temblores sísmicos producidos por un terremoto: todos éstos son fenómenos ondulatorios. Las ondas surgensiempre que un sistema es perturbado de su posición de equilibrio y la perturbación puede viajar o propagarse de una región del sistema a otra. Al propagarse una onda, transporta energía. La energía de las ondas de la luz solar calienta la superficie terrestre; en tanto que la energía de las ondas sísmicas puede resquebrajar la corteza terrestre. Este capítulo y el siguiente tratan las ondas mecánicas,ondas que viajan por algún material llamado medio. (El capítulo 16 se ocupa del sonido, que es un tipo importante de onda mecánica.) Iniciaremos deduciendo las ecuaciones básicas que describen a las ondas, incluido el importante caso especial de las ondas senoidales donde el patrón de la onda es una función seno o coseno que se repite. Para entender mejor las ondas en general, examinaremos elcaso sencillo de las ondas que viajan por una cuerda estirada. Las ondas en las cuerdas desempeñan un papel importante en música. Cuando un músico toca una guitarra o un violín, produce ondas que viajan en direcciones opuestas por las cuerdas del instrumento. Al traslaparse estas ondas de dirección opuesta, se genera interferencia. Descubriremos que, en una cuerda de guitarra o de violín, sólo puedendarse ondas senoidales de ciertas frecuencias especiales, llamadas frecuencias de modo normal, determinadas por las propiedades de la cuerda. Las frecuencias de modo normal de los instrumentos de cuerda determinan el tono de los sonidos musicales que se producen. (En el próximo capítulo veremos que la interferencia también ayuda a explicar los tonos de los instrumentos de viento, como las flautasy los órganos.) No todas las ondas son mecánicas. Las ondas electromagnéticas —que incluyen la luz, las ondas de radio, las radiaciones infrarrojas y ultravioleta, y los rayos X— se pueden propagar incluso en el espacio vacío, donde no hay un medio. Exploraremos éstas y otras ondas no mecánicas en capítulos posteriores.

• Cómo calcular la rapidez con la que una onda mecánica transporta energía.• Qué sucede cuando las ondas mecánicas se traslapan y se interfieren entre sí. • Las propiedades de las ondas estacionarias sobre una cuerda y cómo analizar tales ondas. • Cómo los instrumentos de cuerda producen sonidos de frecuencias específicas.

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C APÍT U LO 15 Ondas mecánicas

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15.1 Tipos de ondas mecánicas
Una onda mecánica es una perturbación que viaja por unmaterial o una sustancia que es el medio de la onda. Al viajar la onda por el medio, las partículas que constituyen el medio sufren desplazamientos de varios tipos, dependiendo de la naturaleza de la onda. La figura 15.1 muestra tres variedades de ondas mecánicas. En la figura 15.1a, el medio es una cuerda tensada. Si imprimimos al extremo izquierdo una ligera sacudida hacia arriba, la sacudida viajaa lo largo de la cuerda. Secciones sucesivas de la cuerda repiten el movimiento que dimos al extremo, pero en instantes posteriores sucesivos. Puesto que los desplazamientos del medio son perpendiculares o transversales a la dirección en que la onda viaja por el medio, decimos que se trata de una onda transversal. En la figura 15.1b, el medio es un líquido o un gas en un tubo con una pared...