viernes, 9 de noviembre de 2012

EFECTO DOPPLER

*INTERFERENCIA DE ONDAS
La interferencia de ondas se lleva a cabo cuando se superponen dos o más trenes de onda, se emplea para comprobar si un movimiento es o no ondulatorio.





*INTERFERNCIA CONSTRUCTIVA
La interferencia constructiva se presenta al superponerse dos movimientos ondulatorios de la misma frecuencia y longitud de onda, que llevan el mismo sentido. Al encontrarse las crestas y sumar sus amplitudes se obtiene una cresta mayor y al sumar las amplitudes negativas en las cuales se encuentran los valles se termina con un valle mayor es por eso que la onda resultante tiene una amplitud mayor pero teniendo la misma frecuencia.

*INTERFERNCIA DESTRUCTIVA
La interferencia destructiva se lleva a cabo cuando se superponen dos movimientos ondulatorios con una fase diferente. Se podría decir que cuando al superponerse una cresta y un valle de diferente amplitud de onda, la onda resultante tendrá mayor amplitud. Y si se sobreponen dos ondas con la misma amplitud y una diferencia de fase equivale a media longitud de onda.









*ONDAS ESTACIONARIAS
Las ondas estacionarias se producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios con la misma frecuencia y amplitud que se dan en diferentes sentidos a lo largo de una línea claro con una diferencia de fase de media longitud de onda. Uno de los ejemplo más conocidos es, cuando una cuerda está sujeta por sus extremos vibra transmitiendo un movimiento ondulatorio transversal que va avanzando a lo largo de la cuerda hasta llegar  a un extremo fijo, la interferencia entre estas ondas que inciden y las que se van reflejando son las que van realizando las ondas estacionarias.
Se les llama nodos a los puntos de la onda en donde la amplitud es nula y vientres o antinodos a los que vibran con la misma elongación.



*REFRACCION DE ONDAS
La refracción de ondas es cuando pasan de un medio a otro de distinta densidad, o cuando el medio es el mismo pero está en condiciones distintas. Como el agua a diferentes profundidades. Las ondas cambian su longitud y velocidad teniendo la misma frecuencia.

*DIFRACCION DE ONDAS
El fenómeno de difracción es cuando una onda topa con un obstáculo por donde va pasando se produce la difracción de ondas, es más notorio a medida de que son mayores las longitudes de onda y si su tamaño de la abertura del obstáculo por el que pasara la onda será mucho menor.
Es importante mencionar que cuando la parte frente de la onda atraviesa la abertura pasa a ser un nuevo emisor de ondas. La longitud de las ondas seguirá siendo la misma tanto de un lado de la abertura como del otro.
 


*ONDAS SONORAS
Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales cuando las partículas del material vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Así como el sonido se transmite en todas las direcciones en forma de ondas con cualquier material aquí es donde se presentan las ondas espaciales o tridimensionales.
El sonido es un fenómeno que estimula el oído, se produce cuando un cuerpo vibra se propaga por medio de ondas mecánicas longitudinales por que las partículas vibran en la dirección de propagación de lo onda.
                    

*VELOCIDAD DE PROPAGACION DEL SONIDO
La velocidad con la que se propaga un sonido depende del medio elástico y de su temperatura, la velocidad es mayor en los sólidos que en los líquidos y gases.
El agua tiene velocidad de 1435 m/s y una temperatura de 281 K.
El aire tiene una velocidad de 331.4 m/s con una temperatura de 273 K.
El vidrio tiene una velocidad de 4500 m/s con una temperatura de 293 K.
El oxigeno tiene una velocidad de 317 m/s con una temperatura de 273 K.

*ACUSTICA
En física la acústica es la que se encarga del estudio de los sonidos, los fenómenos acústicos son la consecuencia de uno que otro efecto auditivo provocados por el sonido como, el eco, la reflexión, la reverberación y la resonancia.
                                    

-ECO
Es donde se realiza la repetición del sonido reflejado se escucha claramente en cuartos o salones grandes en donde normalmente la pared mide entre 16 o 19 metros de distancia del oyente porque para oír separadamente el sonido original y el reflejado se requiere como 0.1 segundos para que el oído distinga dos sonidos se podría decir que el sonido en 0.1 segundos recorre entre 31 a 35 metros.

-REFLEXION
La reflexión se realiza cuando las ondas sonoras se reflejan al chocar con una pared dura. En ocasiones el vector de propagación sonoro incide perpendicularmente a una superficie que refleja un sentido contrario, pero si incide en forma oblicua se sabe que los ángulos serán iguales tanto de incidencia como los de reflexión.

-RESONANCIA
Es cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con la misma frecuencia. Este se puede aplicar mucho en las cajas de resonancia de algunos objetos para elevar la intensidad de los sonidos.

-REVERBERACION
Se lleva a cabo cuando después de escuchar un sonido original se realiza un eco.
Como por ejemplo cuando se está en una habitación grande y se hace una reverberación con varios sonidos y no se distingan con claridad. La reverberación se produce con el empleo de cualquier objeto que este en esa habitación como los materiales con los que este hecha la pared punto importante para que se realice una reverberación.

*CUALIDADES DEL SONIDO
Algunas cualidades del sonido son el tono y la intensidad.
a)    TONO, depende de la frecuencia con la que vibra el cuerpo emisor del sonido, su frecuencia dependerá si es menor el sonido será graveo bajo y si la frecuencia es mayor el sonido será alto.
b)    INTENCIDAD, determina si un sonido es fuerte o débil esto depende de la amplitud de la onda ya que si esta aumenta al mismo tiempo aumenta la intensidad de la distancia que hay del oyente y la fuente sonora y cuando la distancia es mayor la intensidad es menor la intensidad llega a ser mayor si es que la superficie que vibra también lo es.

                   








*EFECTO DOPPLER
El efecto Doppler consiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente sonora.
Se aprecia claramente al escuchar la sirena de una ambulancia, ya que notamos que el tono se hace más agudo a medida que se aproxima y después se hace grave al alejarse. Cabe mencionar que cuando la fuente sonora se acerca al observador, las ondas que emite tienden a alcanzar a las que se desplazan delante de ellas, reduciendo la longitud de onda, o distancia entre cresta y Creta, lo cual provoca un aumento en la frecuencia del sonido, es por eso que se escucha un sonido agudo.
Al alejarse, la distancia entre esas crestas aumenta y se origina una disminución en la frecuencia, debido a ello se escucha un sonido grave.
Se realiza un efecto parecido si la fuente sonora permanece fija y el observador es quien se acerca, percibe una frecuencia mayor porque le llegan mas ondas sonoras por unidad de tiempo, disminuyendo la longitud de onda y es claro que cuando el observador se aleja ocurre todo lo contrario.
Se sabe que ara calcular la frecuencia aparente de un sonido que escucha una persona se pueden realizar las siguientes situaciones:
1° cuando la fuente sonora esta en movimiento y la persona no eta en movimiento e puede aplicar lo siguiente:       F´= FV/V (+ -) v
F´= frecuencia aparente en ciclos/s.
F= frecuencia real en ciclos/s emitido por la fuente sonora.
V= velocidad en m/s que lleva el sonido en el aire.
v= velocidad en m/s a la que se mueve la fuente sonora.
El cambio que se ve en la una frecuencia de las ondas emitidas y la frecuencia captada se conoce como efecto Doppler.
                           
 
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).
Tipos de ondas
Cuando se habla de ondas mecánicas no se hace referencia a cualquier tipo de onda, sino a aquellas que se caracterizan por crearse a partir de la perturbación de las propiedades mecánicas en un determinado material.
Para que se desarrolle una onda mecánica, como lo es el sonido por ejemplo, es necesario que exista alguna fuente que genere la perturbación, pero también debe haber un medio físico donde se propaguen los movimientos y otro que termine por recibir la perturbación.
Como el concepto de onda mecánica es amplio, quienes estudian estos fenómenos y realizan experimentos para analizarlos en profundidad han establecido distintas categorías para clasificarlos con exactitud en función de sus características.
Así, entonces, es posible encontrar bajo la denominación de onda mecánica a las ondas de tipo elástico, a las ondas sonoras y a las ondas de gravedad.
Al estudiar las particularidades de cada perturbación, se pueden reconocer más detalles sobre las ondas mecánicas y cada subgrupo asociado a ellas. Al respecto, es interesante selañar que cuando se produce una vibración de partículas en un eje paralelo a la dirección de propagación, tal como sucede con las denominadas ondas sonoras, se las llama ondas longitudinales, mientras que aquellas que vibran en un eje perpendicular son ondas transversales. En este último grupo, las ondas mecánicas (como lo son aquellas que se propagan a través de una cuerda tensa) conviven con las ondas electromagnéticas, las cuales se diferencian del resto por no necesitar un material para propagarse: en su caso, tienen la capacidad de extenderse por el espacio libre.
Ondas longitudinales y transversales
Supón que produces una onda en una cuerda agitando el extremo libre hacia arriba y hacia abajo. En este caso el movimiento de la cuerda es perpendicular a la dirección del movimiento de la onda. Cuando el movimiento del medio (en este caso, la cuerda) es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda, decimos que se trata de una onda transversal.
Las ondas que se producen en las cuerdas tensas de los instrumentos musicales y en las superficies de los líquidos son transversales.
También las ondas electromagnéticas que constituyen las ondas de radio y la luz son transversales.

Onda transversal
No todas las ondas son transversales. En ciertos casos las partículas del medio se mueven de un lado a otro en la misma dirección en la que se propaga la onda. Las partículas se mueven a lo largo de la dirección de la onda en vez de hacerlo en sentido perpendicular. Una onda de este tipo es una onda longitudinal.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales
PULSO ó TREN DE ONDAS

El movimiento de cualquier objeto material puede ser considerado como una fuente de ondas. Al moverse perturba el medio que lo rodea y esta perturbación al propagarse puede ser un pulso o un tren de ondas. Un impulso único como una vibración en el extremo de una cuerda, al propagarse da lugar a un tipo de onda llamada pulso. Si las vibraciones del extremo se suceden, se formará un tren de ondas que se transmite a lo largo de la cuerda. Por ejemplo: Una serie continua e ininterrumpida de sacudidas que se propagan a lo largo de una cuerda o de un resorte, un sonido monótono y permanente, etcétera.
FRENTE DE ONDA

Un frente de onda es una superficie que pasa por todos los puntos del medio alcanzados por el movimiento ondulatorio en el mismo instante. La perturbación en todos esos puntos tiene la misma fase. El frente de onda está formado por puntos que comparten la misma fase, por tanto en un instante dado t un frente de onda está formado por el lugar geométrico (superficie o línea) de todos los puntos cuyas coordenadas satisfacen la relación: Donde: = es la longitud de onda. = llamado vector unitario que coincide en cada punto del espacio con la dirección de propagación de la onda. = es la frecuencia de la onda. =es un valor real, tomando diferentes valores de este parámetro se obtienen diferentes frentes de onda en el mismo instante dado.


Huygens visualizó un método para pasar de un frente de onda a otro. Cuando el movimiento ondulatorio alcanza los puntos que componen un frente de onda, cada partícula del frente se convierte en una fuente secundaria de ondas, que emite ondas secundarias (indicadas por semicircunferencias) que alcanzan la próxima capa de partículas del medio. Entonces estas partículas se ponen en movimiento, formando el subsiguiente frente de onda con la envolvente de estas semicircunferencias. El proceso se repite, resultando la propagación de la onda a través del medio.

RAYO O VECTOR DE PROPAGACIÓN:

La propagación es la línea que señala la dirección en que avanza una fuente de onda. Para describir el movimiento de ondas que se propagan en dos o tres dimensiones son útiles los conceptos de frente de onda y de rayo. Las líneas perpendiculares a los sucesivos frentes de onda se denominan rayos y corresponden a líneas de propagación de la onda.

Clasificación: lineales, superficiales y tridimensionales

Ondas unidimensionales o lineales

Las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.


Ondas bidimensionales o superficiales

Son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él.
Ondas tridimensionales o esféricas

Son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional.

                                                                                                                                                      
Característica de las ondas
Todo movimiento ondulatorio, al transmitirse presenta las siguientes características:
·  La posición más alta con respecto a la posición de equilibrio se llama cresta.
·  El ciclo es una oscilación, o viaje completo de ida y vuelta.
·  La posición más baja con respecto a la posición de equilibrio se llama valle.
·  El máximo alejamiento de cada partícula con respecto a la posición de equilibrio se llama amplitud de onda.
·  El periodo es el tiempo transcurrido entre la emisión de dos ondas consecutivas.
·  Al número de ondas emitidas en cada segundo se le denomina frecuencia.
·  La distancia que hay entre cresta y cresta, o valle y valle, se llama longitud de onda.
·  Nodo es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
·  Elongación es la distancia que hay, en forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio.


Velocidad de propagación
Todas las ondas tienen una velocidad de propagación finita., en la cuyo valor influyen las fuerzas recuperadoras elásticas del medio y determinados factores de la masa del medio: la densidad lineal en las cuerdas; la profundidad del agua bajo la superficie, o el coeficiente adiabático, la masa molecular y la temperatura en el caso de la propagación del sonido en un gas.
En todos los casos la velocidad es constante y, como siempre, será:
Pero veamos qué es el que la onda recorre en un tiempo .
El periodo será el tiempo que transcurre entre dos instantes consecutivos en los cuales un punto del medio vuelve a poseer las mismas propiedades. Será pues igual siendo la frecuencia del movimiento oscilatorio del punto.
Por su parte el espacio recorrido por la onda en ese tiempo será la distancia en tre dos puntos consecutivos que se encuentran con la misma propiedad. A esa distancia se le llama longitud de onda, .
Por lo tanto
No obstante, esa velocidad puede medirse en algunos casos. Así:
a) Velocidad a lo largo de una cuerda Podrá realizarse midiendo el tiempo que tarda un pulso en llegar desde un punto A hasta otro B de la cuerda.
La ecuación que, de un modo general, nos permite determinar la velocidad en una cuerda es
Donde es la tensión a la que se encuentra sometida la cuerda. En la experiencia descrita es el peso de la masa , es decir, .
b) Velocidad en la superficie de un líquido
Con una cubeta de ondas medimos la distancia entre dos máximos consecutivos que se mantienen aparentemente inmóviles (ver experiencia de la cubeta de ondas). Conocida la frecuencia del estroboscopio se determina la velocidad con bastante precisión.
c) Velocidad de las ondas sonoras
Con un generador de baja frecuencia y un altavoz podemos producir sonido. Con micrófono recibirlo. Si conectamos los bornes que salen del generador a una de las vías, la A por ejemplo, de un osciloscopio, en éste, observaremos las ondas emitidas. Si conectamos los bornes del altavoz a la otra vía del osciloscopio, la B, observaremos una onda de la misma longitud de onda y frecuencia, pero de diferente Amplitud, consecuencia de que la energía que emite el altavoz se tiene que repartir entre todos los puntos del espacio que se encuentren, con relación al altavoz, a la misma distancia que el micrófono.
Colocamos el micrófono a una distancia del altavoz tal que los valles de la onda que se observa en A coincida con las crestas de la onda que aparece en B.
el altavoz siguiendo una regla que hemos colocado en la mesa de experimentación. Se observa que la onda de la vía B se va desplazando con relación a la onda de la vía A, al mismo tiempo que pierde amplitud. Llegamos a una situación en la cual las crestas de la vía A y de la vía B coinciden. La distancia recorrida por el altavoz es . Si tomamos nota de la frecuencia emitida por el generador de baja frecuencia, podremos calcular la velocidad del sonido en el aire en esas condiciones de presión y temperatura.
No obstante, siempre se puede medir como hizo Galileo. Desde un punto situado a una distancia conocida del lugar donde nos encontramos en el campo, se puede ver un fogonazo resultado de una explosión, el ruido de la explosión no nos llega hasta pasado unos segundos. Obtener v es sencillo. De hecho en los fuegos artificiales es fácil observarlo, pues hoy los cohetes alcanzan una altura notable.
De un modo general, la velocidad del sonido en un gas es:
Donde es el coeficiente adiabático de un gas, que depende de si las moléculas de la sustancia son monoatómicas (caso de un gas noble), biatómicas (caso del aire) o triatómicas (caso del dióxido de carbono).
Para el aire
es la densidad del gas, su volumen, su presión y la temperatura, la constante de los gases, la masa molecular (para el aire 28,89), su masa y el número de moles.
Dado que , y , se obtiene la forma última de expresar la ecuación
d) Para medir la velocidad de la luz son necesarios aparatos y procedimientos más sofisticados que exceden los estudios de bachillerato. En el vacío es:
Donde es la constante dieléctrica del vacío o permitividad y es la permeabilidad magnética del vacío.
Conclusión
- La velocidad es independiente de la forma y de energía (nos viene dada por la amplitud, A) que transporta la onda.
Así, el sonido emitido por cualquier instrumento musical, independientemente de la amplitud del sonido, se propagan a ala misma velocidad en el aire, de otro modo no sería posible la formación de orquestas sinfónicas. Ni de cuerda, etc
- Sin embargo, la velocidad depende de la naturaleza del medio y de su estado. Por ejemplo, la elasticidad del medio y su inercia tienen mucha importancia en el valor que adquiere la velocidad.