Ondas4

Apuntes de Física y Química (4ºESO)
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Tema 6. Movimiento ondulatorio
Movimiento ondulatorio
Tipos de ondas
Elementos de una onda
El sonido. Audición
Cualidades del sonido
La luz
Reflexión
Refracción
Espejos
Lentes
Dispersión de la luz
Problemas
Práctica
Para saber mas y ampliar conocimientos: Internet

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MOVIMIENTO ONDULATORIO
Qué ocurre con un trozo de corcho que flota en un
estanque cuando una piedra cae al agua lejos de él.
Observamos que, al cabo de un rato, el corcho
comienza a moverse. Inicialmente estaba en reposo al
igual que la superficie del estanque pero, al ser alcanzado por la perturbación,
comienza a moverse. La energía que posee se la ha comunicado la onda. Sin embargo
el corcho solamente se mueve de arriba hacia abajo y viceversa, no avanza hacia las
orillas.
Es decir un movimiento ondulatorio transporta energía sin que la materia sea
transportada.
TIPOS DE ONDAS
Según necesiten o no de un medio material para propagarse:
Ondas materiales o mecánicas necesitan para propagarse de la existencia de un medio
material. Ejemplos: ondas sonoras, las olas en un estanque, las ondas que se propagan
por una cuerda...
Escuchamos el sonido de la guitarra porque hay aire capaz de trasmitirlo, una explosión
estelar no podemos escucharla, no existe un medio material que la transmita, no
obstante la luz que emite una estrella o una galaxia llega a nosotros.
Ondas electromagnéticas pueden propagarse en el vacío, sin la existencia de un
soporte material. Se trata de un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares y
variables autosostenidos. Ejemplos: la luz, las ondas de radio, microondas, rayos X...
Según las direcciones de la vibración de las partículas alcanzadas por la onda y la
dirección de propagación de ésta:

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Ondas longitudinales: La vibración de las
partículas alcanzadas por la perturbación
es la misma que la dirección de
propagación de la onda. El sonido es de
este tipo de ondas.
Ondas transversales: La vibración de las
partículas tiene una dirección
perpendicular a la de la propagación de
las ondas. Las olas de un estanque son de
ese tipo.
ELEMENTOS DE UNA ONDA
En una onda se debe distinguir varios elementos:
Antes de seguir adelante conviene definir una serie de conceptos referidos a las ondas.
- Pulso corresponde a la perturbación originada por una oscilación completa del punto
donde se produce la perturbación. Este viaja por el medio por el que se propaga la
onda a una cierta velocidad (constante si el medio es homogéneo).
- Una onda suele estar constituida por una sucesión de pulsos. Cuando la perturbación
que la origina es periódica se puede hablar de trenes de onda que serían el conjunto
de pulsos.
- Llamamos período al tiempo que transcurre entre dos
pulsos consecutivos si este es constante, o bien al tiempo en
que la partícula del medio en el que se propaga la onda repite
posiciones de forma consecutiva. Se mide en s en el S.I.
- El número de veces que un punto es alcanzado por la
perturbación en la unidad de tiempo se llama frecuencia. Se
mide en Herz (1 Hz = 1 ciclo/s).
- La distancia entre dos pulsos consecutivos se llama longitud de onda, y se mide en m.
- Se dijo anteriormente que la velocidad de propagación de la perturbación era
constante en un medio isótropo y se puede calcular considerando simplemente la

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velocidad con que se propaga un pulso. Este recorre una distancia igual a la longitud de
onda en un tiempo igual al período.
v = λ / T = λ f
- Elongación es la separación en cualquier momento, de cada partícula respecto de la
posición de equilibrio.
- Se define como amplitud la elongación máxima de cualquier punto respecto de la
posición de equilibrio.
- Se llama número de onda k al número de longitudes de onda que hay en una
distancia 2·3,14 es decir:
k = 2π / λ
También se puede poner como
k = 2πf / λ f = ω / v
En espectroscopia se llama número de onda a la inversa de la longitud de onda.
Es decir un movimiento ondulatorio transporta energía sin que la materia sea
transportada.
EL SONIDO
El sonido es una onda material que se produce como consecuencia de la vibración en
la fuente sonora. Es decir se transmite la energía de un cuerpo que vibra. Puede ser un
diapasón o nuestras cuerdas vocales. Esta vibración se transmite a las partículas
próximas a la fuente que también oscilan y transmiten esta energía a las partículas más
próximas que se ponen a vibrar.
Así pues se originan en el medio material en que se transmite unas zonas de presiones
mas altas (compresión) y otras de presiones más bajas (enrarecimiento) que se
propagan en todas las direcciones del medio formando frentes de onda esféricos si el
medio es isótropo.
Está claro que para que se transmita el sonido es necesario que exista un medio
material elástico que lo transmita por lo que las ondas sonoras son ondas materiales o
mecánicas.

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Las ondas sonoras son longitudinales, es decir, la dirección de la perturbación en el
medio y la dirección de propagación de la onda coinciden.
En un medio gaseoso, como el aire, la perturbación se produce tan rápido que el
proceso transcurre sin variación de calor, proceso adiabático. La velocidad de
propagación del sonido en el aire depende de factores ambientales aunque se suele
considerar de 340 m/s.
En medios líquidos y sólidos la velocidad de propagación es mayor así en el agua es
casi de 1500 m/s y en el acero de 5100 m/s.
Como cualquier onda el sonido tiene longitud de onda, distancia entre dos zonas
consecutivas en el mismo estado de vibración (en este caso presión), periodo es el
tiempo empleado por el sonido en recorrer una distancia igual a la longitud de onda y
frecuencia es el número de oscilaciones en la unidad de tiempo.
Audición:
El sonido se propaga por el aire en ondas
de frente esférico que transmiten las
variaciones de presión del aire al tímpano
(membrana que separa el oido externo del
oído medio), éste comienza a vibrar y
transmite esta perturbación a la cadena de
huesecillos que a su vez hacen de puente
para la transmisión al oido interno donde las terminaciones nerviosas del nervio
auditivo comunican una señal que el cerebro decodifica como sonido.
Las ondas sonoras deben estar entre los límites de audición correspondientes a
frecuencias entre 20 y 20000 Hz fuera de este rango de frecuencias no percibimos los

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sonidos. Las de menor frecuencia son los infrasonidos y las de mayor frecuencia se
llaman ultrasonidos.
CUALIDADES DEL SONIDO
Intesidad o volumen depende de la amplitud del movimiento vibratorio. Esta
característica del sonido nos permite distinguir entre sonidos fuertes o débiles.
Sonoridad o Nivel de intensidad sonora se relaciona con la intensidad y como ésta
disminuye con la distancia. Se toma como unidad para medir el nivel subjetivo de
sonoridad el fonio o fon. Esta unidad está definida como la sonoridad de un sonido
senoidal de 1000 Hz con un nivel de presión sonora (intensidad) de 0 dB. Así, 0 dB es
igual a 0 fon y 120 dB es igual a 120 fon. Eso siempre para sonidos sinusoidales con
frecuencias de 1000 Hz.
El umbral de audición corresponde (para una frecuencia aproximada de 1000 Hz) a una
intensidad (I0) de 10-12
w/m2
mientras que para una intensidad de 1 w/m2
llegamos al
umbral de dolor.
Se establece la escala en decibelios (dB) para medir las intensidades sonoras. Se trata
de una escala relativa en la que se define el nivel de intensidad de sonido β de la
siguiente forma: β = 10 log ( I / I0 )
Como se puede deducir los valores de la intensidad sonora serán: en el umbral de
dolor 120 dB y en el umbral de audición 0 dB.
Tono se relaciona con la frecuencia, según el tono se distinguen sonidos agudos y
graves.
Los sonidos mas graves tienen bajas frecuencias, están comprendidas entre los 20 y
300 Hz, medias de 300 a 5000 Hz y agudos entre 5000 y 20000 Hz aproximadamente.
Timbre permite distinguir entre dos notas iguales emitidas por instrumentos
distintos. Depende de las frecuencias múltiplos o armónicos que acompañan una
frecuencia fundamental. Esta cualidad del sonido nos permite distinguir dos sonidos

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de la misma intensidad y tono. La nota LA de la 5ª Octava tiene una frecuencia de 440
Hz en cualquier instrumento y sin embargo suena diferente en un piano o en un violín.
En realidad los sonidos son complejos, es decir, contienen muchos armónicos, se
pueden determinar mediante cálculos matemáticos (análisis de Fourier) y análisis
espectrográficos.
LA LUZ
Todo lo que vemos no es más que la luz emitida o reflejada por los cuerpos. La luz es
una onda electromagnética que, al contrario que las ondas materiales, puede
propagarse sin necesidad de que exista un medio material en el que se propaga.
Esta onda electromagnética es una onda transversal en la que se produce al mismo
tiempo una variación de un campo eléctrico y perpendicularmente a él de un campo
magnético. Se dice que se trata de una
onda autosostenida, la variación del
campo eléctrico provoca una variación en
el campo magnético y también a la
inversa
La luz se propaga en el aire y en el vacío a
una velocidad constante de 3·108
m/s (c) es la máxima velocidad de la luz, en otros
medios su velocidad es menor por ejemplo en el agua 2,25·108
m/s.
El cociente de la velocidad en el vacío y la velocidad de la luz en otro medio se llama
indice de refracción y siempre es mayor que la unidad salvo en el vacío o el aire que

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vale 1. No tiene unidades puesto que se calcula dividiendo dos velocidades. Se
representa por la letra (n) y su valor es: n = c / v
En cualquier caso hay objetos que emiten luz, fuentes luminosas, otros que
simplemente reflejan parte de la que reciben, objetos iluminados. Además los objetos
al llegar la luz a ellos pueden interceptarla, no dejarla pasar, son los objetos opacos.
Dejar que pase a través de ellos, son los cuerpos translúcidos y los transparentes.
Los primeros dejan pasar la luz a su través pero los rayos emergentes no son paralelos
a los incidentes con lo que la imagen queda difusa mientras que en los segundos, al
tener los rayos incidentes y emergentes la misma dirección, podemos ver las imágenes
nitidas a través de ellos.
La Óptica estudia la luz. Puede hacerlo desde el punto de vista del estudio de las ondas
y hablamos de Óptica Física o desde el punto de vista de formación de imágenes
estudiando las trayectorias de los rayos luminosos y se trata de la Óptica Geométrica.
REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ
REFLEXION
Cuando una onda viaja por un medio y al llegar a
otro no puede penetrar en él se produce un
fenómeno de reflexión. Este fenómeno sigue las
siguientes leyes:
a) El rayo incidente, el reflejado y la normal
a la superficie de separación de los dos
medios en el punto de incidencia, están
en el mismo plano.
b) El ángulo de incidencia y el ángulo de
reflexión son iguales.
La reflexión de la luz la produce cualquier cuerpo
visible puesto que recordemos que lo que vemos
REFRACCION
Cuando una onda cambia de un medio a otro se
produce una variación en la dirección de
propagación de la misma si la velocidad de
propagación de las ondas es distinta en los dos
medios. Este fenómeno cumple las siguientes
leyes:
• El rayo incidente, el rayo refractado y la
normal a la superficie de separación de
los dos medios en el punto de incidencia,
están en el mismo plano.
• Los senos de los ángulos de incidencia y
refración guardan entre si una

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no es mas que luz reflejada. No obstante esta
reflexión puede ser de dos tipos. Especular o
difusa
• Reflexión especular, se produce en
superficies muy pulimentadas, en espejos
y en metales, de forma que los rayos de
luz que llegan paralelos se reflejan y
salen paralelos.
• Reflexión difusa se produce en
superficies irregulares de forma que los
rayos incidentes paralelos no tienen por
qué ser paralelos tras la reflexión.
proporción constante e igual al cociente
entre las velocidades de propagación de
la onda en el medio de incidencia y el de
refracción.
La refracción provoca fenómenos como el que
hace que al observar desde arriba una cucharilla
dentro de un vaso nos parezca que está doblada,
en realidad se debe a que nuestro cerebro percibe
la luz que llega al ojo como sise propagara en línea
recta.
Los espejismos también se deben a múltiples
procesos de refracción que hacen que la luz sea
reflejada y se perciba como si se tratara de un
reflejo del agua sobre el suelo.
En el primer caso el aire caliente, con índice de refracción menor que el frío va haciendo que el rayo
procedente de la copa del árbol vaya formando un ángulo de incidencia cada vez mayor con la capa
siguiente hasta que supera el ángulo límite y es reflejado percibiéndose como si se tratara de un rayo
reflejado en una capa de agua del suelo.
En el segundo caso la luz emitida por los faros del coche sufre el mismo proceso pero a la inversa puesto
que en la noche el aire cercano al suelo está más frío que el que está más alto. Se percibe como si el
punto luminoso estuviera en el cielo.

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ESPEJOS
Espejos planos provocan una reflexión en la luz y forman una imagen virtual
Espejo esférico puede ser cóncavo o convexo formando la imagen tal y como se indica
en la animación de la izquierda.
Espejo cóncavo
Objeto más alejado del centro de
curvatura, imagen real menor e invertida
Objeto sobre el centro de curvatura,
imagen real igual e invertida
Objeto entre el centro de curvatura y el
foco, imagen real mayor e invertida
Objeto entre el foco y el vértice, imagen
virtual mayor y derecha
Espejo convexo
Sea cual sea la posición del objeto la imagen será virtual menor
y derecha

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LENTES
Están formadas por un medio transparente separado del resto por paredes planas o
curvas. Pueden ser de dos tipos: lentes convergentes y lentes divergentes.
Lente convergente
Todos los rayos que inciden sobre ellas y que son paralelas al eje óptico confluyan en
un punto llamado foco. Por otro lado cualquier rayo que parte del foco, después de
atravesarla sale paralelo al eje óptico.
Objeto a distancia mayor que el doble de
la focal:
Objeto a una distancia doble de la focal:
Objeto sobre el foco: Objeto entre la lente y el foco:
Lente divergente
Todos los rayos que entran en ellas paralelos al eje óptico se separan de él y sus
prolongaciones convergen en el espacio objeto en el foco.
Objeto en cualquier posición:
DISPERSION DE LA LUZ
Cuando la luz atraviesa un prisma sufre una doble refracción al
entrar en el prisma y sale de él. Resulta que la luz blanca está
formada por muchos colores y cada uno de ellos tiene un índice de
refracción distinto lo que da lugar a que la refracción que sufre

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cada uno de ellos también sea distinto con lo que, la luz blanca que entra en el prisma
sale dispersada formando una amplia gama de colores (los del arco iris).
Esta es precisamente la
explicación de la
formación del arco iris.
La luz blanca de los
rayos del Sol atraviesa
las gotas de lluvia que
al mismo tiempo caen.

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PROBLEMAS Y CUESTIONES
1. Una onda se produce cuando una masa unida a un resorte golpea la superficie
de un estanque 2 veces cada segundo. Las ondas generadas tardan en llegar
desde el foco de la perturbación a un punto situado a 2 metros del mismo un
tiempo de 5 segundos. Determina la velocidad de propagación de la onda y la
longitud de la misma. Sol: 0.4 m/s, 0.2 m
2. La nota do tiene una frecuencia de 261 Hz y otra Fa 430 Hz. Calcula la relación
existente entre sus longitudes de onda. Sol: λ1 = 1.65·λ2
3. Un determinado sonido se propaga en el aire a una velocidad de 340 m/s y en
un sólido a 1500 m/s, sabiendo que se trata del mismo sonido indica la relación
entre las longitudes de onda en ambos medios. Sol: λ1 = 0.227·λ2
4. El índice de refracción de un vidrio es 1,45. Calcula la velocidad de propagación
de la luz en él. Sol: 1.82·108
m/s
5. Explica mediante un dibujo por qué razón se ve un lápiz como si estuviera
partido cuando se introduce en un vaso con agua.
6. Busca información sobre la causa de la formación de un eclipse de Luna y de un
eclipse de Sol.
7. Busca información sobre la formación de los espejismos.
8. Busca información sobre la miopía y la forma de corregirla.
9. El astigmatismo. ¿Cómo se corrige?
10. ¿Por qué razón un ruido muy fuerte puede producir sordera permanente?

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Práctica: COMPROBACIÓN CUALITATIVA DE LA FORMACIÓN DE LA IMAGEN EN UN
ESPEJO PLANO.
Objetivo:
Comprobar que la imagen formada por un espejo plano es del mismo tamaño que el
objeto, simétrica y derecha.
Materiales:
Banco óptico, espejo plano, cinta métrica o regla, soportes y un par de lápices o
bolígrafos iguales.
Procedimiento:
Ponemos el objeto delante del espejo a una cierta distancia del mismo de forma que la
imagen obtenida no sea de la totalidad del mismo sino solamente de una parte de él
(a).
(a) (b)
A continuación, por detrás del espejo movemos el otro objeto igual de forma que
visualicemos la parte visible como continuación de la imagen (b). Se mide la distancia
del objeto al espejo y se comprueba si el objeto situado detrás del espejo está a la
misma distancia.
PRÁCTICA: Visualización de los rayos emergentes de una lente convergente o
divergente.
Objetivo:
Comprobar lo que ocurre con rayos que entran paralelamente en una lente
convergente o divergente.
Materiales:
Banco óptico, disco Harlt, soportes, triple rendija, lente convergente y lente
divergente.
Procedimiento:
Hacemos incidir un haz luminoso sobre la
triple rendija. A continuación pasamos los
rayos emergentes a través de la lente y
observamos los resultados.

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PARA AMPLIAR CONOCIMIENTOS Y ENTENDER MAS… INTERNET
1. Este tema y sus explicaciones con animaciones flash en
fisicayquimicaenflash.es:
http://fisicayquimicaenflash.es/eso/4eso/ondas/ondas00.html
2. El proyecto Newton también tiene materiales utilizables:
http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/ondas/ondas-indice.htm
3. Fq_experimentos tiene muchas experiencias caseras para ilustrar casi todos los
temas:
http://fq-experimentos.blogspot.com.es/2008/12/de-oscilaciones-ondas.html
http://fq-experimentos.blogspot.com.es/2013/07/271-ver-el-sonido.html

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