Unidad N ° 5Fisica

CEI. Centrode EstudiosIntegrados
Asignatura:Física
Docente:González,carolina
Año2015
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UnidadN°5: Ondas. Fenómenos ondulatorios. Sonido.Movimiento VibratorioyPropagaciónde
ondas.Sonido-EnergíaSonora.El oídoy Audición.
Ondas
CONCEPTO
Se denomina onda mecánica a una perturbación que se propaga
por un medio material elástico transportando energía mecánica.
Por ejemplo, si una persona genera un pulso en el extremo de
una soga, se producen vibraciones en cercanías de la mano. Cada
punto de la soga oscila hacia arriba y hacia abajo con respecto
a su posición original, aunque la perturbación se propague a lo
largo de la soga.
También existen las ondas electromagnéticas, como la luz, los rayos x, las ondas de
radio y televisión, o las microondas.
Cuando las partículas del medio material en el que se propaga la perturbación vibran en
forma perpendicular a la dirección de propagación, como en el caso de la soga, las
ondas se llaman transversales.
En cambio, si las partículas vibran en un
eje paralelo a la dirección de
propagación, las ondas se denominan
longitudinales. Esto sucede cuando
perturbamos un resorte, las espiras del
resorte se comprimen y se alargan en la
misma dirección en que se propaga el
pulso.
CARACTERISTICAS DE UNA ONDA
Cada punto material sufre un desplazamiento respecto de su posición original. Se
denomina amplitud A de una determinada onda, al máximo desplazamiento que un punto
puede experimentar a causa de la perturbación. A las posiciones máximas se las
denomina crestas y a las mínimas, valles.
Las posiciones o puntos intermedios están caracterizados por una coordenada o altura
y se denomina elongación.
La diferencia entre dos máximos o dos mínimos se denomina longitud de onda y se
simboliza 𝜆. Cada onda tiene su longitud de onda característica y se mide en metros.
El período de onda T corresponde al
intervalo de tiempo en el cual se
produce una oscilación completa. En ese
tiempo, la perturbación recorre una

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longitud de onda. Se suele expresar en segundos.
La frecuencia f es el número de oscilaciones completas que se realizan por unidad de
tiempo. Su unidad de medida es el hertz [Hz], que equivale a [1/s] (uno sobre
segundo). Para frecuencias muy altas se suelen utilizar múltiplos del Hz, como ser
kilohertz [kHz] o megahertz [MHz].
Para la frecuencia y el período se cumple que:
𝑓 =
1
𝑇
La velocidad de propagación v de la onda depende del tipo de onda y del medio en el
que se propaga. Por ejemplo, la velocidad de propagación del sonido en el aire a 20°C
es aproximadamente 340 m/s, mientras que la velocidad de propagación de la luz en el
vacío es de 300.000 km/s.
Considerando que la señal recorre una longitud de onda 𝜆, en un período T, se puede
calcular la velocidad de propagación de la onda mediante:
𝑣 =
𝜆
𝑇
O bien:
𝑣 = 𝜆 ∙ 𝑓
Esto es porque la frecuencia y el período son inversos multiplicativos (ver primera
ecuación).
LA ECUACIÓN DE LAS ONDAS
La propagación de una onda se describe con una ecuación que permite predecir la
posición de oscilación de cualquier punto alcanzado por la onda en cualquier instante.
Esta ecuación se llama ecuación de la onda y su expresión genérica es:
𝑦 = 𝐴 cos[2𝜋(
𝑥
𝜆
−
𝑡
𝑇
)]
Por lo tanto, la posición de un punto cualquiera, dependerá de la amplitud de la onda,
de su longitud de onda, del período de la misma y del tiempo transcurrido desde que se
inició la perturbación.
Ejemplo: Si la onda generada en una cuerda tensa tiene una amplitud de 0,05 m, una
frecuencia de 20 Hz y una velocidad de propagación de 10 m/s,
a. Escriban la ecuación de la onda.

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b. Calculen la posición de un punto de la soga ubicado a 0,5 m del origen cuando
transcurrió 0,1 s desde que se inició la perturbación.
Datos: Incógnita: Fórmulas:
A=0,05 m 𝜆 T 𝑣 = 𝜆 ∙ 𝑓
f= 20 Hz y 𝑦 = 𝐴 cos[2𝜋(
𝑥
𝜆
−
𝑡
𝑇
)]
v=10 m/s
x=0,5 m
t=0,1 s
Resolución: Como vemos en los datos, nos falta saber la longitud de onda t el período,
podemos calcular 𝜆 con:
𝑣 = 𝜆 ∙ 𝑓 → 𝜆 =
𝑣
𝑓
𝜆 =
10 𝑚/𝑠
20 𝐻𝑧
= 0,5 𝑚
Y luego el período como:
𝑇 =
1
𝑓
=
1
20 𝐻𝑧
= 0,05 𝑠
Ahora tenemos todos los parámetros para escribir la ecuación de la onda.
Simplemente los reemplazamos:
𝑦 = 𝐴 cos[2𝜋(
𝑥
𝜆
−
𝑡
𝑇
)]
𝑦 = 0,05𝑚 ∙ cos[2𝜋 ∙ (
𝑥
0,5𝑚
−
𝑡
0,05𝑠
)]
Para saber que posición “y” tenía el punto ubicado en x=0,5m luego de t=0,1s de
comenzada la onda, no hacemos más que reemplazar estos valores en la ecuación y
calcular “y”.
𝑦 = 0,05𝑚 ∙ cos[2𝜋 ∙ (
0,5𝑚
0,5𝑚
−
0,1𝑠
0,05𝑠
)] = 0,05𝑚
Rta: 0,1 s después de comenzada la onda, el punto ubicado a 0,5 m de la punta de la
soga, alcanzó una elongación de 0,05m. Justo coincide con la amplitud, esto significa
que el punto se encuentra, en ese momento, en la cresta.
Fenómenos Ondulatorios

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Consideremos una onda que se propaga en una
superficie horizontal, siendo el foco del
movimiento en el punto A de dicha superficie, en
el instante en el que el foco se encuentre con una
determinada elongación (en la cresta, por
ejemplo), todos los puntos de la superficie que se
encuentren a una distancia de A igual a la longitud
de onda, tendrán la misma elongación. Lo mismo
ocurrirá con aquellos puntos cuya distancia al foco
sea igual a un múltiplo de la longitud de onda:
2𝜆,3𝜆, 4𝜆,… 𝑛𝜆.
Cada uno de estos conjuntos de puntos constituye una circunferencia. Dibujándolas se
obtiene una serie de circunferencias concéntricas en A, siendo la distancia entre una y
otra igual a 𝜆.
REFLEXIÓN DE ONDAS
Cuando el movimiento ondulatorio incide sobre un
obstáculo, se origina otro movimiento
ondulatorio, denominado reflejado, que se
propaga por el ismo medio; este fenómeno se
llama reflexión.
Las características del movimiento reflejado
dependen de la forma que presente el obstáculo.
REFRACCIÓN DE ONDAS
En un medio homogéneo, un movimiento
ondulatorio se propaga con velocidad constante,
siendo la velocidad de propagación distinta para
cada medio.
En consecuencia, todo movimiento ondulatorio
experimenta un cambio de velocidad al pasar de
un medio a otro, variación que da origen al
fenómeno conocido como refracción.
Las características el movimiento refractado
dependen de la forma que presente la superficie
de separación de los dos medios, así como de la
velocidad de propagación.

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DIFRACCIÓN DE ONDAS
Consideremos un estanque de agua separado
en dos partes mediante un tabique, en el que
se ha practicado un pequeño orificio. Si
arrojamos una piedra en “F”, se crea un
movimiento ondulatorio en una de las partes,
y se observa que, al otro lado de éste
aparece un segundo movimiento ondulatorio,
cuyo foco se encuentra en el orificio “P”, lo
que constituye un fenómeno físico conocido
como difracción.
La difracción es tanto más visible cuanto mayor es la longitud de onda y menor el
tamaño del orificio; por ello, para ondas de pequeña longitud, tales como las luminosas,
el fenómeno es difícilmente perceptibles, pudiendo observarse únicamente cuando el
orificio es extraordinariamente pequeño.
INTERFERENCIA
Si existen varios focos de ondas en mismo medio, se produce una superposición de
ondas.
Cuando dos ondas distintas llegan a un mismo punto, sus efectos se suman. Entonces,
la elongación total de dicho punto es la suma de las elongaciones que producirían
ambas ondas por separado.
Puede ocurrir que dos ondas lleguen a un punto y su elongación sea máxima (cresta)
para ambas ondas. Si esto ocurre, la elongación total será la máxima posible y esto se
conoce como interferencia constructiva.
Si, por el contrario, dos ondas llegan a un punto y una de las ondas produciría la
máxima elongación (cresta) en el punto, pero la otra onda produciría la máxima
elongación en sentido contrario (valle). Esto produciría la mínima elongación total del
punto y este fenómeno es conocido como interferencia destructiva.
El sonido
Todos los sonidos se producen por las
vibraciones de algún objeto o medio material. Si
se golpea una olla, una campana, una puerta,
etc., se produce un sonido que perdura hasta
que el objeto deja de vibrar. En otros casos, el
sonido se produce por la vibración de una

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columna de aire contenida en un tubo, como es el caso de los instrumentos musicales
de viento (clarinetes, trompetas, flautas, etc.). En instrumentos como la guitarra o el
violín, el sonido se produce por la vibración de las cuerdas.
Para que la vibración se propague debe existir un medio material por el que pueda
hacerlo, como por ejemplo el aire. Las ondas
sonoras son ondas transversales que se
propagan a través de un medio haciendo que
sus partículas se expandan y se compriman
entre sí. Esto provoca disminuciones y
aumentos localizados de la presión del medio
material y mientras la onda posea energía, ésta se propagará en todas las direcciones.
Sin embargo, aunque a través del aire, lleguen a nosotros todas las vibraciones que
ocurren a nuestro alrededor, no todas son detectadas por el oído humano. El rango de
audición del ser humano está comprendido entre las frecuencias de 20 Hz a 20 kHz.
Cualquier vibración cuya frecuencia no esté comprendida entre esos valores, no la
escucharemos. Se llaman infrasónicas a aquellas vibraciones cuya frecuencia se
encuentra por debajo de los 20 Hz, en tanto que se llaman supersónicas a las que
poseen una frecuencia superior a los 20 kHz.
CARACTEÍSTICAS DEL SONIDO
Para distinguir un sonido de otro hay que ver sus diferencias en intensidad, altura y
timbre.
La intensidad es una medida de la energía que se propaga por unidad de tiempo y por
unidad de área y está fuertemente asociada a la amplitud de la onda sonora. Si la
amplitud de la onda es alta, significa que el sonido que se transmite barriendo áreas en
el espacio tiene mucha energía. Esa energía es capaz de comprimir y expandir muy
fuertemente a las partículas del aire. Las explosiones son ejemplos de ondas sonoras
de gran intensidad, puesto que no solamente se siente en
gran estruendo, sino que además provocan una compresión y
expansión tan brusca del aire, que golpea todo lo que se
encuentre a su paso (personas, estructuras materiales, etc.)
y los hace volar por los aires.
La altura o tono nos indica si el sonido es grave o agudo. Se
relaciona con la frecuencia de la onda: los sonidos agudos
corresponden a mayores frecuencias que los sonidos graves.
En música se designa el tono por las notas, por ejemplo, una
nota fundamental que es el LA que tiene una frecuencia de
440Hz, es decir que al tocar la tecla correspondiente de un
piano se producen en la cuerda 440 oscilaciones por segundo.

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La vos humana está comprendida entre frecuencias del orden de los 80Hz, la más
grave (bajo), y 1200 Hz, la más aguda (soprano).
Por otro lado, el timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir que cuerpo
está vibrando, está relacionado con la complejidad de las ondas sonoras que llegan al
oído. La lengua, el paladar, la boca y los labios, la nariz y la garganta son verdaderas
cajas de resonancia en donde, las ondas sonoras emitidas por las cuerdas vocales,
rebotan en ellas (reflexión). Las ondas reflejadas por cada una provocan una
superposición y el resultado final es una voz, que es la suma de muchas ondas sonoras
interfiriéndose entre sí. Los instrumentos musicales, aunque toquen la misma nota, se
distinguen entre sí por el timbre.
EFECTO DOPPLER
Cuando hay un movimiento relativo entre una fuente sonora y el receptor de dicho
sonido, el resultado es una aparente variación del tono del sonido ya que se produce un
cambio de la frecuencia que percibe el receptor comparada con la frecuencia que
origina el receptor.
Consideremos la ambulancia que se mueve, emitiendo la señal de la sirena, hacia uno de
los receptores y alejándose del otro. Las ondas periódicas emitidas por la ambulancia
se pueden representar por círculos concéntricos que también se mueven con la
ambulancia. La distancia entre los
círculos representa la longitud de onda
del sonido que se propaga con una
determinada velocidad.
El receptor que se acerca a la ambulancia
percibe que la longitud de onda del
sonido cada vez es más corta, o lo que es
lo mismo, la frecuencia aumenta haciendo
que el tono del sonido sea más agudo. En cambio, el receptor que se aleja de la
ambulancia percibe que la longitud de onda del sonido es cada vez más larga, o sea que
su frecuencia disminuye haciendo que el sonido sea más grave. Pero esto es lo que
perciben los oyentes, en realidad la ambulancia emite siempre el mismo sonido.
El cambio de la frecuencia que perciben los receptores depende de la velocidad
relativa entre emisor y receptor y puede calcularse como:
𝑓′ =
𝑣 − 𝑣𝑟
𝑣 − 𝑣𝑒
∙ 𝑓
Donde:
𝑓′es la frecuencia percibida por el receptor, en Hz
𝑓 es la frecuencia generada por el emisor, en Hz

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𝑣 es la velocidad del sonido (340m/s en el aire).
𝑣𝑟 es la velocidad del receptor, en m/s.
𝑣𝑒 es la velocidad del emisor, en m/s.
La ecuación considera la velocidad del receptor, porque éste puede estar moviéndose
también.

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