Ondas mecánicas, clasificación y rapidez de onda
Introducción
¡Hola respetable estudiante!
¿Cómo te has sentido? ¿Qué te ha parecido esta unidad de aprendizaje? Espero que la encuentres fascinante. Te comparto los siguientes temas que son muy interesantes, ampliarán tus conocimientos y desarrollarán tus habilidades.
Vamos a iniciar nuestro estudio de las ondas mecánicas, clasificación y rapidez de onda.
Esta sesión inicia con el concepto de onda y las ondas mecánicas, concepto este último que se opone a las ondas electromagnéticas en atención a la manera en la que se propagan. También veremos cómo se clasifican y cómo se propagan, por ejemplo, en una cuerda. También estudiaremos la fórmula que nos permite calcularla, las variables que intervienen y la determinan, así como sus unidades.
Tanto la información teórica como los videos te habilitarán para comprender el tema y, muy importante, para resolver los problemas en los que se consideran los conceptos que aquí estudiaremos.
No hay nada más que agregar al respecto. ¡Entremos en el tema!
¡Ánimo!
Desarrollo del tema
Ondas mecánicas
Si dejamos caer una piedra en una alberca se formarán una serie de ondas que se originan en el punto de impacto y se mueven en todas direcciones. Somos testigos de que las partículas de la superficie suben y bajan pero sin moverse en el sentido en el que viaja la onda. Una onda entonces, en su forma más general, es la propagación de una perturbación en un medio, que transporta energía de un punto a otro sin que exista traslado de materia. A este fenómeno de propagación de la energía cuando ocurre una perturbación en un medio, sin que exista movimiento en la materia del medio mismo, es a lo que se le conoce como movimiento ondulatorio. (Tippens, 2011, p. 427)
El video a continuación te explica el concepto de ondas.
1. ¿Qué son las ondas? (3:14)
Cuando una onda precisa la existencia de un medio elástico para propagarse, se le conoce como onda mecánica. Por ejemplo, las ondas de sonido son de este tipo porque requieren la presencia de aire para transmitirse; así entonces, en el espacio vacío no podrán viajar las ondas sonoras y no podrán por tanto, ser escuchadas. El siguiente video podrá ayudarte a clarificar el concepto.
2. Ondas mecánicas (1:32):
Sin embargo, existen otro tipo de ondas que no requieren de un medio elástico para difundirse; estas son las ondas electromagnéticas, las cuales sí pueden viajar en el vacío, propagando su energía por medio de perturbaciones eléctricas y magnéticas.
Tipos de ondas
Las ondas pueden clasificarse de acuerdo a la dirección del movimiento de las partículas del medio con respecto a la dirección de propagación. Si las partículas del medio se desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación, estamos en presencia de ondas transversales, y cuando las partículas se desplazan en la misma dirección de propagación, tenemos las ondas longitudinales; la figura 4.1 muestra gráficamente los tipos de ondas descritos.
Nota: a) Transversales, como la cuerda cuando se agita; b) Longitudinales, como el sonido. (Fuente)
El video a continuación explica los tipos de ondas con más detalle.
3. Ondas longitudinales y transversales (4:24):
Cálculo de la rapidez de una onda
La velocidad de propagación de un pulso a través de un medio, según Tippens (2011) depende de la elasticidad del medio y de la inercia de sus partículas. (p. 428). La figura 4.2 nos muestra un pulso que se mueve con una rapidez de propagación v, a través de una cuerda de longitud L y masa m, sometida a una tensión de magnitud F debido al peso w sostenido en uno de los extremos.
Nota: Rapidez de propagación de un pulso transversal a través de una cuerda sometida a tensión. Fuente: (Tippens, 2011, p. 429)
La elasticidad de la cuerda está en función de la tensión F[N] y la medida de la inercia de sus partículas se considera determinando su densidad lineal µ[kg/m], es decir, la masa m[kg] por unidad de longitud, L[m]. La expresión para calcular la rapidez v[m/s] es entonces
Se explica la solución de varios ejemplos en los videos que siguen, ejemplificando el uso de la fórmula anterior.11
1. Ondas mecánicas. Velocidad de propagación y tensión en la cuerda (11:23):
2. Velocidad de las ondas en una cuerda (5:53):
3. Ondas en cuerdas (5:41):
Conclusión
En conclusión, en esta lección aprendimos qué es una onda, cómo se propagan las ondas y que éstas se clasifican en mecánicas y electromagnéticas. Que las mecánicas requieren un medio de propagación y las electromagnéticas no, por lo que pueden difundirse en el vacío. Así también, dependiendo de la dirección en la que se desplazan las partículas del medio de propagación, en relación con la dirección de la rapidez de difusión de la onda, sabemos ahora que las ondas pueden ser longitudinales y transversales.
Aprendimos igualmente, que la velocidad de propagación depende de la elasticidad del medio, así como de la inercia de sus partículas. En particular estudiamos la rapidez de propagación de un pulso que viaja a través de una cuerda sometida a tensión; quedó claro a través de la solución de varios ejemplos, así como del análisis de la fórmula usada para calcularla, que en la rapidez de propagación influyen decisivamente, además de la fuerza de tensión, la masa de la cuerda y su longitud.
Hemos arribado al final de nuestra clase digital 4. Tanto el contenido textual de esta sesión como los videos insertos serán de gran ayuda para que te apropies de los conocimientos abordados. Al final de la lección, encontrarás un archivo con la información más detallada para que acudas a éste en caso de dudas o que quisieras ampliar el tema. Siéntete en confianza, asimismo, de acudir con tu asesor en busca de ayuda y apoyo disciplinar cuando lo consideres necesario. Por favor resuelve la consigna definida para este tema; esfuérzate y trabaja lo suficiente para que la entregues en tiempo y forma.
¡Te encuentro en la siguiente clase digital! Ánimo, vas avanzando muy bien en tu aprendizaje. ¡Hasta luego!