Ondas mecánicas

Ondas mecánicas

Manuel Alonso Sánchez (IES “Leonardo Da Vinci” de Alicante)

ONDAS MECÁNICAS
PROPAGACIÓN ONDULATORIA POR UN MEDIO MATERIAL
La física clásica considera dos modos o mecanismos de propagación de la energía: mediante partículas o mediante ondas. Para distinguir ambos mecanismos imaginamos un barquito de vela flotando en el centro de un estanque. Podemos transferirle energía,por ejemplo, lanzándole piedras o soplando. Estas acciones conllevan un transporte neto de materia (piedras, moléculas de aire) desde la orilla del estanque hasta el barquito que es impulsado cuando esa materia choca con él. También podemos transferir energía al barquito sin necesidad de enviar materia. Por ejemplo, dejando caer piedras en la orilla o chapoteando en el agua. Estas acciones producenoscilaciones que avanzan por la superficie del agua y cuando alcanzan al barquito, le hacen moverse arriba y abajo. Decimos entonces que se produce un movimiento ondulatorio o que se propaga una onda, que transmite energía y cantidad de movimiento sin que se produzca un transporte neto de materia. El mecanismo de propagación ondulatoria se manifiesta en muchos procesos: al chapotear en el agua, alpulsar una cuerda tensa, al agitar el extremo de un resorte, cuando se produce un terremoto (ondas sísmicas), cuando se emite un sonido (ondas sonoras), etc. Las oscilaciones se generan en un punto de un medio material (llamado foco) y se transmiten por ese mismo medio (agua, aire, suelo terrestre, resorte elástico) Este tipo de ondas, que necesitan un medio material para propagarse, se llamanondas mecánicas.

PULSOS DE ONDAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES
Un pulso es una perturbación de corta duración generada en el estado natural de un punto de un medio material que se transmite por dicho medio. Podemos producir un pulso, por ejemplo, realizando una rápida sacudida en el extremo de un muelle o de una cuerda, lanzando una piedra al agua de un estanque, dando un golpe a una mesa oproduciendo una detonación en el aire. La figura adjunta representa una instantánea de un pulso de onda propagándose por un muelle tenso. Para generarlo juntamos varios anillos del resorte y luego soltamos de golpe. La perturbación producida en un extremo se transmite a la zona contigua, que repite el movimiento un poco después. El resultado global es un avance del estado de vibración a lo largo delmuelle. En esta experiencia las vibraciones tienen lugar en la misma dirección en la que se propagan y decimos que se trata de un pulso de onda longitudinal. Un ejemplo de onda longitudinal es el sonido. Se pueden producir pulsos sonoros golpeando un objeto sólido. El objeto vibra y empuja al aire que lo rodea produciéndole una compresión que se traslada a una velocidad de unos 340 m/s. Lapropagación es longitudinal porque el aire es una disolución gaseosa sin fuerzas de cohesión entre sus moléculas. Por ello, la perturbación únicamente se propaga en la dirección en la que unas moléculas "chocan" con sus vecinas.

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Ondas mecánicas

Manuel Alonso Sánchez (IES “Leonardo Da Vinci” de Alicante) Otra forma de generar un pulso es estirar un pedazo del muelle en direcciónperpendicular a él y soltar. Se forma una cresta o protuberancia que avanza a lo largo del muelle. En este caso, las vibraciones tienen lugar en una dirección perpendicular a la de propagación y decimos que se trata de un pulso de onda transversal. Un ejemplo de ondas transversales son las que se producen en la superficie de un lago o de un estanque. Entre las moléculas del agua se ejercen fuerzasintermoleculares de cohesión y la vibración vertical producida en un punto del agua se traslada por la superficie (horizontalmente) en todas las direcciones. La velocidad a la que se propagan las olas depende de la elasticidad del agua, determinada a su vez por propiedades como su composición, densidad...

En el laboratorio grabamos varios clips de video que muestran el avance de pulsos longitudinales y...